RU2221927C2

RU2221927C2 - Two-stroke piston machine

Info

Publication number: RU2221927C2
Application number: RU2002104302/06A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Маштаков; А.И. Симоненко; Т.Л. Шапошникова
Original assignee: Кубанский государственный технологический университет
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2004-01-20

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: machine is designed for driving generators, compressors, road vehicles, etc. It contains double-acting pistons with rods provided with toothed racks, and operating and synchronizing gears engaging with racks. Synchronizing gear is connected through shaft and clutch with electric motor. It has also two overrunning clutches with toothed rims installed on opposite shafts and engaging with each other. One of said clutches engages with power takeoff shaft gear. EFFECT: improved reliability, reduced friction forces. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может применяться как на транспортных средствах, так и стационарно, например для привода генератора, компрессора и т.п. The invention relates to mechanical engineering and can be used both on vehicles and stationary, for example, to drive a generator, compressor, etc.

Известна двухтактная поршневая машина (Патент RU 2131527, МПК F 02 B 75/32) с бесшатунным механизмом преобразования вращательного движения рабочего вала в возвратно-поступательное движение поршней, содержащая корпус с оппозитно расположенными цилиндрами, в которых размещены двухпоршневые штоки, связывающие поршни с шейками коленчатого вала, выполненного из двух кинематически взаимосвязанных между собой с возможностью перемещения перпендикулярно плоскости движения штоков. Known two-stroke piston machine (Patent RU 2131527, IPC F 02 B 75/32) with a rodless mechanism for converting the rotational movement of the working shaft into reciprocating motion of the pistons, containing a housing with opposed cylinders, in which are placed two-piston rods connecting the pistons with the necks of the crankshaft a shaft made of two kinematically interconnected with each other with the ability to move perpendicular to the plane of movement of the rods.

К недостаткам этой машины можно отнести наличие коленчатого вала и связанные с ним вредные действия радиальных сил, направленных от поршня на зеркало цилиндра, что увеличивает износ цилиндропоршневой группы, ухудшает рабочие характеристики двигателя и его мотороизноса. The disadvantages of this machine include the presence of the crankshaft and the associated harmful effects of radial forces directed from the piston to the cylinder mirror, which increases the wear of the piston and piston group and affects the performance of the engine and its motor wear.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по конструкции является свободнопоршневый двигатель (Патент RU 1548476, МПК F 01 B 9/08, F 02 B 71/04), содержащий корпус, цилиндры, расположенные в них поршни двойного действия со штоками, на которых с одной стороны выполнены зубчатые рейки, входящие в зацепление с рабочими шестернями двух промежуточных валов, на которых размещены муфты свободного хода с зубчатыми венцами, входящими в зацепление с центральной шестерней, жестко установленной на выходном валу, причем двигатель выполнен рядным с по меньшей мере четырьмя поршнями. Closest to the claimed technical solution in design is a free piston engine (Patent RU 1548476, IPC F 01 B 9/08, F 02 B 71/04), comprising a housing, cylinders, double acting pistons with rods located on them, on which one the sides are made of gear racks that mesh with the working gears of two intermediate shafts, on which freewheels with gear rims that mesh with the central gear rigidly mounted on the output shaft, are placed, and the engine is made in-line with at least at least four pistons.

Недостатком свободнопоршневого двигателя является сложность конструкции, наличие дополнительных узлов трения в виде опорных роликов, а также отсутствие надежной системы запуска двигателя. The disadvantage of a free piston engine is the design complexity, the presence of additional friction units in the form of support rollers, and the lack of a reliable engine start system.

Задачей предложенного технического решения является повышение надежности за счет вовлечения в работу двух сторон штока и синхронизации всех узлов машин, снижение сил трения за счет отсутствия опорных роликов, роль которых берет на себя синхронизирующая шестерня. The objective of the proposed technical solution is to increase reliability due to the involvement of two sides of the rod and synchronization of all machine nodes, the reduction of friction due to the absence of support rollers, the role of which is taken by the synchronizing gear.

Поставленная задача решается двухтактной поршневой машиной, содержащей корпус, цилиндры, расположенные в них поршни двойного действия со штоками, на которых выполнены зубчатые рейки, входящие в зацепление с рабочими шестернями, в которой в отличие от известной, на штоках цилиндров зубчатые рейки выполнены с двух противоположных сторон каждого штока. Предложенная поршневая машина дополнительно содержит синхронизирующую шестерню, которая входит в зацепление с зубчатыми рейками, расположенными на внутренних сторонах штоков, и соединена через вал и муфту с электродвигателем, вторую рабочую шестерню, причем обе рабочие шестерни входят в зацепление с зубчатыми рейками, расположенными с внешних сторон штоков, содержит шестерню вала отбора мощности и две обгонные муфты с зубчатыми венцами, которые установлены на дополнительных валах и входят в зацепление друг с другом, кроме того, одна из обгонных муфт входит в зацепление с шестерней вала отбора мощности. The problem is solved by a two-stroke piston machine containing a housing, cylinders, double-acting pistons located in them with rods on which gear racks are made, which engage with working gears, in which, in contrast to the known, on the cylinder rods gear racks are made from two opposite sides of each stock. The proposed piston machine further comprises a synchronizing gear, which engages with gear racks located on the inner sides of the rods, and is connected through a shaft and a clutch with an electric motor, a second gear, both gears engaging with gear racks located on the outside rods, contains the gear of the power take-off shaft and two overrunning clutches with gear rims, which are mounted on additional shafts and engage with each other, in addition, one of overrunning clutch engages with gear of power take-off shaft.

Предложенная конструкция поршневой машины за счет вовлечения в работу двух сторон штоков и наличия синхронизирующей шестерни обеспечивает слаженность и надежность работы всех узлов и самой машины в целом. Синхронизирующая шестерня берет на себя и роль опорных роликов, что значительно снижает силы трения при работе машины. The proposed design of the piston machine due to the involvement of the two sides of the rods and the presence of a synchronizing gear ensures the coherence and reliability of all nodes and the machine itself as a whole. The synchronizing gear also assumes the role of the support rollers, which significantly reduces the friction forces during machine operation.

На фиг. 1 изображена двухтактная поршневая машина; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез заявляемой машины по цилиндрам. In FIG. 1 shows a push-pull piston engine; figure 2 is a view of figure 1; figure 3 is a section of the inventive machine in cylinders.

Поршневая машина содержит корпус 1, цилиндры 2, 3, 4, 5, в которых расположены двухпоршневые штоки 6, 7 с зубчатыми рейками. В корпусе 1 расположены обгонные муфты 8, 9 с зубчатыми венцами, синхронизирующая шестерня 10 и рабочие шестерни 11, 12, обгонная муфта 8 и рабочая шестерня 11 установлены на валу 13, а обгонная муфта 9 с рабочей шестерней 12 - на валу 14. В головках цилиндров 2, 3, 4, 5 размещены впускные окна с клапанами 15, 16, 17 и 18. Выпускные окна 19 и 20 расположены на боковых поверхностях цилиндров 2 и 3. Впускной коллектор 21 соединяет впускные окна 15, 16, 17 и 18, расположенные на головках цилиндров 2, 3, 4, 5. Машина содержит полумуфту 22, которая вместе с синхронизирующей шестерней 10 расположена на валу 23. На корпусе 1 закреплено пусковое устройство 24. На валу отбора мощности 25 расположена шестерня 26, которая находится в зацеплении с обгонной муфтой 9. The piston machine comprises a housing 1, cylinders 2, 3, 4, 5, in which two-piston rods 6, 7 with gear racks are located. In the housing 1 there are overrunning clutches 8, 9 with gear rims, a synchronizing gear 10 and working gears 11, 12, an overrunning clutch 8 and a working gear 11 are installed on the shaft 13, and an overrunning clutch 9 with a working gear 12 - on the shaft 14. In the heads cylinders 2, 3, 4, 5 have inlet ports with valves 15, 16, 17 and 18. Outlet windows 19 and 20 are located on the side surfaces of cylinders 2 and 3. The inlet manifold 21 connects the inlet ports 15, 16, 17 and 18, located on the cylinder heads 2, 3, 4, 5. The machine contains a coupling half 22, which together with the synchronizing gear 10 located on the shaft 23. A starter device is fixed on the housing 1 24. A gear 26 is located on the power take-off shaft 25, which is engaged with the overrunning clutch 9.

Работает двухтактная поршневая машина следующим образом. A two-stroke piston machine operates as follows.

От внешнего источника энергии через пусковое устройство 24 осуществляется осевое смещение полумуфты 22 по валу 23 до соединения ее с выступами шестерни 10, после чего полумуфта 22 приводит синхронизирующую шестерню 10 во вращательное движение. При этом двухпоршневые штоки 6, 7 начинают двигаться в противоположных направлениях и при достижении крайних положений полумуфта 22 изменяет направление своего вращения на противоположное и сообщает это направление синхронизирующей шестерне 10. Полумуфта 22 передает шестерне 10 вращательное движение по часовой стрелке и против нее до тех пор, пока двухтактная поршневая машина не заводится. После чего полумуфта 22 перемещается по оси вала 23 синхронизирующей шестерни 10 и выходит из зацепления. From the external energy source through the starting device 24, the coupling half 22 is axially displaced along the shaft 23 until it is connected to the protrusions of the gear 10, after which the coupling half 22 rotates the synchronizing gear 10. In this case, the two-piston rods 6, 7 begin to move in opposite directions and, when extreme positions are reached, the coupling half 22 reverses its direction of rotation and reports this direction to the synchronizing gear 10. The coupling half 22 transfers the gear 10 clockwise and counterclockwise until until the push-pull piston engine starts up. Then the coupling half 22 moves along the axis of the shaft 23 of the synchronizing gear 10 and disengages.

При движении штока 6 в направлении впускного клапана 15, а штока 7 в направлении клапана 18 происходит сжатие воздуха. Затем, при достижении крайних положений в камере цилиндров 2, 5 происходит впрыск топлива и его воспламенение. Образующиеся в результате горения рабочие газы перемещают двухпоршневый шток в направлении клапана 16, а двухпоршневый шток 7 - в направлении клапана 17. При этом зубчатые рейки штока 6 с одной стороны приводят во вращение рабочую шестерню 11 и через обгонную муфту 8, находящуюся в зацеплении с обгонной муфтой 9, приводят во вращение шестерню 26 вала отбора мощности 25. Одновременно двухпоршневый шток 7, движущийся в направлении клапана 17, зубчатыми рейками с одной стороны приводит во вращательное движение синхронизирующую шестерню 10 и с другой стороны - шестерню 12 и через обгонную муфту 9, венцом находящуюся в зацеплении и с обгонной муфтой 8, передающей вращение на шестерню 26 вала отбора мощности 25. When the rod 6 moves in the direction of the intake valve 15, and the rod 7 in the direction of the valve 18, air is compressed. Then, when extreme positions are reached in the chamber of cylinders 2, 5, fuel is injected and ignited. The working gases resulting from combustion move the two-piston rod in the direction of the valve 16, and the two-piston rod 7 in the direction of the valve 17. In this case, the gear racks of the rod 6, on the one hand, rotate the working gear 11 and through the overrunning clutch 8, which is engaged with the overrunning the clutch 9, rotate the gear 26 of the power take-off shaft 25. At the same time, the two-piston rod 7, moving in the direction of the valve 17, with gear racks on the one hand rotates the synchronizing gear 10 and the other Oron - pinion gear 12 and through the overrunning clutch 9, the crown meshed with an overrunning clutch 8, the transmitting rotation to power shaft gear 26, 25.

При прохождении двухпоршневого штока 6 в направлении клапана 16 мимо выпускного окна 19 происходит его открытие и выпуск отработанных газов в выхлопной коллектор, давление газов в цилиндре 2 резко падает, открывается клапан 15, и через него проходит продувка цилиндра 2 сжатым воздухом от нагнетателя (не показан). Аналогичный процесс осуществляется в цилиндре 5 при движении двухпоршневого штока 7 в направлении клапана 17 мимо выпускного окна 20. When the two-piston rod 6 passes in the direction of the valve 16 past the exhaust window 19, it opens and exhaust gases are released into the exhaust manifold, the gas pressure in cylinder 2 drops sharply, valve 15 opens, and cylinder 2 is blown through it with compressed air from a supercharger (not shown ) A similar process is carried out in the cylinder 5 when the two-piston rod 7 moves in the direction of the valve 17 past the outlet window 20.

Одновременно на другом конце двухпоршневого штока 6 в цилиндре 3 происходит сжатие воздуха и при достижении крайнего положения в цилиндре 3, а также и цилиндре 4 происходят впрыск топлива и его воспламенение. Образующиеся в результате горения рабочие газы перемещают двухпоршневый шток 6 в направлении клапана 18. Зубчатые рейки передают усилие на шестерни 10, 11, 12, через обгонные муфты 8 и 9 вращение передается на шестерню 26 вала отбора мощности 25. At the same time, air compression occurs at the other end of the two-piston rod 6 in the cylinder 3 and, when the extreme position is reached in the cylinder 3, as well as the cylinder 4, fuel is injected and ignited. The working gases resulting from the combustion move the two-piston rod 6 in the direction of the valve 18. The gears transmit the force to the gears 10, 11, 12, through the overrunning clutches 8 and 9, the rotation is transmitted to the gear 26 of the power take-off shaft 25.

Claims

A two-stroke piston machine comprising a housing, cylinders, double-acting pistons located in them with rods on which gear racks are made that engage gear wheels, characterized in that on the cylinder rods gear racks are made on two opposite sides of each rod, the machine is additionally contains a synchronizing gear, which engages with gear racks located on the inner sides of the rods, and is connected through a shaft and a coupling with an electric motor, a second working gear, and both working gears mesh with gear racks located on the outside of the rods, the power take-off gear, two overrunning clutches with gear rims that are mounted on additional shafts and mesh with each other, in addition, one of the overrunning clutches meshing with pinion shaft gear.