Поршнева машина з безшатунним механізмом

Реферат: Винахід належить до поршневих машин, а саме до машин з безшатунним механізмом перетворення зворотно-поступального руху поршнів в обертальний рух робочого вала і може бути використаний як в двигунах, так і насосах різного типу. Поршнева машина з безшатунним механізмом містить корпус з циліндрами, що мають два ступені розширення газів. Поршні подвійної дії циліндрів мають форму дзеркально сполучених тарілок з центральною втулкою кріплення до штока циліндрів і попарно жорстко зв'язані між собою штоком з центральною втулкою, шарнірно зчленованою з шийкою планетарно-обертового колінчастого вала. Колінчастий вал виконаний з двох зчленованих кривошипів, розміщених в ексцентрично розташованих отворах втулок, приєднаних до зубчастих коліс з центральним валом відведення потужності, які входять в зачеплення з шестернями принаймні одного вала, що синхронізує рух втулок і додатково відводить потужність. При цьому зубчасті колеса з відповідними їм шестернями вала, що синхронізує рух втулок, утворюють шестеренчастий насос. UA 114083 C2 (12) UA 114083 C2 UA 114083 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до поршневих машин, зокрема до машин з безшатунним механізмом перетворення зворотно-поступального руху поршнів в обертальний рух робочого вала і може бути використаний як в двигунах, наприклад, внутрішнього і зовнішнього згоряння, парових, гідравлічних й інших, так і насосах різного типу. Відомий двигун внутрішнього згоряння з безшатунним механізмом перетворення зворотнопоступального руху поршнів в обертальний рух робочого вала, відомий як "двигун Баландіна" [С.С. Баландин. Бесштунные двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1968. - С. 41-42]. Цей двигун містить корпус з циліндрами, поршні яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками, зчленованими через підшипники із середніми шийками колінчастого вала, що має планетарне обертання крайніх шийок. Поршневі системи і зв’язуючі їх штоки переміщаються по осі протилежних циліндрів. Удосконалений варіант відомого двигуна описаний в авт. свід. СРСР № 118471 [МПК F01B 9/02, опубл. 10.12.1973, бюл. № 47] і вибраний як прототип. Відома машина містить корпус з циліндрами, поршні яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками, зчленованими через підшипники із шийками планетарно-обертового колінчастого вала, що знаходиться в корпусі, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації його руху, встановлені в корпусі. При цьому поршні циліндрів мають циліндричну форму зі встановленою усередині порожнистою герметичною ємністю для зменшення кількості масла, що охолоджує. Планетарний колінчастий вал, що обертається, по краях закріплений в кривошипах. Вал відведення потужності виконаний з двох частин із кривошипами, що несуть підшипники для закріплення в них крайніх шийок колінчастого вала, а пристрій синхронізації руху є сполучним валом із шестеренчастим зачепленням вінців кривошипів. Механізм перетворення руху вказаної машини можна застосовувати не тільки для двигунів внутрішнього згоряння, але й для приводних компресорів, насосів, поршневих генераторів газу і інших поршневих машин. Вадами відомої машини є: великі габарити механізму перетворення руху; значні втрати кінетичної енергії при зворотно-поступальному русі штока з циліндричними поршнями подвійної дії; відведення потужності лише з одного вала; низьке використання енергетичної ефективності згорання паливної суміші. Задачею винаходу, що заявляється, є усунення вказаних вад і удосконалення поршневої машини з безшатунним механізмом шляхом зміни конструкцій механізму перетворення руху і поршнів подвійної дії циліндрів, збільшенням кількості можливих енергетичних потоків відведення потужності і введенням двоступінчатого циклу розширення продуктів згорання паливної суміші. Поставлена задача вирішується тим, що в поршневій машині з безшатунним механізмом, що містить корпус з циліндрами, поршні подвійної дії яких попарно жорстко зв'язані між собою штоком з центральною втулкою, шарнірно зчленованою з шийкою планетарно обертового колінчастого вала, що знаходиться в корпусі, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації руху, встановлені в корпусі, відповідно до винаходу, вона оснащена двома циліндрами першого ступеня і двома циліндрами другого ступеня, об'єднаними системою газорозподілу з ресивером, поршні циліндрів обох ступенів мають форму дзеркально сполучених тарілок з центральною втулкою і зв'язані загальним штоком, колінчастий вал виконаний з двох зчленованих кривошипів, розміщених в ексцентрично розташованих отворах втулок, приєднаних до зубчастих коліс з центральним валом відведення потужності, які входять в зачеплення з шестернями принаймні одного вала, що синхронізує рух втулок і додатково відводить потужність, при цьому зубчасті колеса з відповідними їм шестернями вала, що синхронізує рух втулок, утворюють шестеренчастий насос. При цьому колінчастий вал і втулки з ексцентричним отвором мають протилежний напрям обертання, а передавальне відношення між зубчастим колесом і шестірнею вала, що синхронізує рух, більше, рівне або менше одиниці. Втрати кінетичної енергії при зворотно-поступальному русі штока і поршнів залежать від їх загальної маси. Завдяки зміні форми поршнів з циліндричної у відомій машині на форму дзеркально сполучених тарілок в машині, що заявляється, зменшується їх власна вага, внутрішній об'єм, заповнений циркулюючим маслом, що охолоджує, і інерційні втрати при їх знакозмінному русі. При цьому також збільшується міцність і надійність конструкції. Виконання колінчастого вала з двох зчленованих кривошипів, розміщених в ексцентрично розташованих отворах втулок, дозволяє спростити його збірку з втулкою штока. Вироблювана машиною механічна енергія може відводитися від центрального вала відведення потужності зубчастого колеса. Шестерні валу, що синхронізує рух втулок, які входять в зачеплення з ним, 1 UA 114083 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 надають додаткову можливість відведення потужності при швидкості обертання, що відрізняється від швидкості обертання центрального вала відведення потужності. Шестеренчасті насоси, утворені зубчастими колесами з відповідними їм шестернями вала, що синхронізує рух втулок, розташовані в корпусі машини, дозволяють відводити вироблювану машиною енергію прокачуванням масла під тиском на гідростатичну або гідродинамічну трансмісію. Таким чином, відведення виробленою машиною потужності виробляється одним з вищезгаданих варіантів або їх комбінацією. Підвищення енергетичної ефективності згорання паливної суміші досягають двоступінчатим розширенням продуктів згорання паливної суміші в двох окремих циліндрах. У циліндрах першого ступеня відбувається попереднє всмоктування, стискування і згорання паливної суміші при робочому такті, після чого продукти згорання виштовхуються поршнем в ресивер і цикл повторюється. Гази, що згенерували, (продукти згорання в циліндрах першого ступеня) із залишковим тиском з ресивера прямують в циліндри другого ступеня, співвісні і працюючі синхронно з робочими тактами циліндрів першого ступеня. Повторно розширившись в циліндрах другого рівня, продукти згорання виводяться в атмосферу. Окрім цього, в циліндрах другого ступеня двотактний цикл роботи, тому при кожному робочому такті в циліндрі першого ступеня відбувається робочий такт в двох циліндрах другого ступеня. І сумарний імпульс сили від тиску газів на поршні в циліндрах першого і другого ступеня загальними штоками передається на втулку шийки колінчастого валу. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється кресленнями: на Фіг. 1 представлений розріз ізометричного схематичного вигляду поршневої машини; на Фіг. 2 - розріз ізометричного вигляду поршня; на Фіг. 3 - ізометричний вигляд колінчастого вала з кривошипів: а - роздільно, б - в зібраному вигляді. Поршнева машина з безшатунним механізмом, що заявляється, містить корпус 1, що складається з двох симетричних частин, з циліндрами 2 першого ступеня і циліндрами 14 другого ступеня, об'єднаними системою газорозподілу (на Фіг. 1 не показано) з ресивером 15 (напрям руху газових потоків вказаний стрілками). Поршні подвійної дії 3 і 16 відповідно циліндрів 2 і циліндрів 14 жорстко зв'язані між собою штоками 17. Поршні 3 циліндрів 2 попарно жорстко зв'язані між собою штоками 4 з центральною втулкою 5, шарнірно зчленованою з шийкою 6 планетарно обертового колінчастого вала, що знаходиться в корпусі 1 і виконаного з двох кривошипів 7, 8, розміщених в ексцентрично розташованих отворах втулок 9, приєднаних до зубчастих коліс 10 з центральним валом відведення потужності 11, які входять в зачеплення з шестернями 12 вала 13, що синхронізує рух втулок 9 і додатково відводить потужність. Зубчасті колеса 10 з відповідними їм шестернями 12 вала 13, що синхронізує рух втулок, утворюють шестеренчастий насос. Поршнева машина, що заявляється, працює наступним чином. Поршні 3 в циліндрах 2 першого ступеня здійснюють чотиритактний робочий цикл, а поршні 16 в циліндрах 14 другого ступеня здійснюють двотактний робочий цикл, тому при кожному робочому такті в циліндрі 2 першого ступеня відбувається робочий такт в двох циліндрах 14 другого рівня. У циліндрах 2 першого ступеня відбувається попереднє всмоктування, стискування і згорання паливної суміші при робочому такті, після чого продукти згорання виштовхуються поршнем 3 в ресивер 15 і цикл повторюється. Гази, що згенерували, (продукти згорання в циліндрах першого ступеня), із залишковим тиском з ресивера 15 системою газорозподілу направляють в циліндри 14 другого ступеня, що працюють синхронно з робочими тактами циліндрів 2 першого ступеня. Повторно розширившись в циліндрах 14 другого ступеня, продукти згорання виводяться в атмосферу. Сумарний імпульс сили від тиску газів на поршні 3, 16 в циліндрах 2 і 14 штоками 4, 17 передається на втулку 5 шийок 6 колінчастого вала, приводячи його в планетарне обертання у втулках 9 і довкола власної осі. Синхронізацію обертання втулок 9 здійснюють шестерні 12 вала 13, що входять в зачеплення із зубчастими колесами 10. Потужність поршневої машини знімають з центрального вала відведення потужності 11 або вала 13, або з шестеренчастих насосів, утворених зубчастими колесами 10 з відповідними їм шестернями 12 вала 13, розташованих в корпусі 1. Загальне зменшення мас механізму перетворення руху, що зворотно-поступально рухаються, і повніше використання енергії паливної суміші, що згорає, може забезпечити економію палива до 50 %, зменшивши при цьому забруднення довкілля. Підвищена питома потужність, обумовлена зменшенням габаритів поршневої машини, що заявляється, відносно існуючих двигунів, дозволяє збільшити сферу її застосування. 60 2 UA 114083 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 1. Поршнева машина з безшатунним механізмом, що містить корпус з циліндрами, поршні подвійної дії яких попарно жорстко зв'язані між собою штоком з центральною втулкою, шарнірно зчленованою з шийкою планетарно обертового колінчастого вала, що знаходиться в корпусі, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації руху, встановлені в корпусі, яка відрізняється тим, що вона оснащена двома циліндрами першого ступеня і двома циліндрами другого ступеня, об'єднаними системою газорозподілу з ресивером, поршні циліндрів обох ступенів мають форму дзеркально сполучених тарілок з центральною втулкою і зв'язані загальним штоком, колінчастий вал виконаний з двох зчленованих кривошипів, розміщених в ексцентрично розташованих отворах втулок, приєднаних до зубчастих коліс з центральним валом відведення потужності, які входять в зачеплення з шестернями принаймні одного вала синхронізації руху втулок і додаткового відводу потужності, з утворенням, при цьому зубчастими колесами з відповідними їм шестернями вала синхронізації руху втулок шестеренчастого насоса. 2. Поршнева машина за п. 1, яка відрізняється тим, що колінчастий вал і втулки з ексцентричним отвором мають протилежний напрям обертання. 3. Поршнева машина за п. 1, яка відрізняється тим, що передавальне відношення між зубчастим колесом і шестірнею вала синхронізації руху більше, рівне або менше одиниці. 3 UA 114083 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4