SU1728500A1 - Аксиально-поршневой двигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано в двига- телестроении, в компрессоро-и насосостро- ении. Двигатель содержит цилиндры 1, поршни 2, шатуны 8, качающуюс  шайбу 14, коленчатый вал 2 с наклонным кривошипом, цилиндрическую втулку 10, подвижно наса

Description

женную на кривошип вала, причем ось симметрии цилиндрической втулки 10 непараллельна оси кривошипа, механизм дл  дискретного изменени  угла наклона качающейс  шайбы, вторую цилиндрическую втулку 11. подвижно установленную на цилиндрической втулке 10, с осью симметрии, непараллельной ос м первой втулки и кривошипа . Втора  цилиндрическа  втулка 11 кинематически св зана с механизмом дл  непрерывного изменени  угла наклона качающейс  шайбы 14. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относитс  к двигателест роению, а именно к транспортным энергетическим установкам с поршневыми двигател ми внутреннего сгорани , и может быть использовано также в компрессоре- и насосостроении и в двигател х Стрилинга.

Известны аксиально-поршневые двигатели (АПД), называемые также двигател ми барабанного типа (ДБТ), одним из преимуществ которых  вл етс  возможность изме- нени  степени сжати . Это приводит к снижению эксплуатационного расхода топлива на 20% при перемене степени сжати  в св зи с изменением режимов работы данного двигател  и на 30-50% при изменении степени сжати  внутри термодинамического цикла.

Недостатком данного способа изменени  степени сжати   вл етс  сопутствую- . щее изменение хода поршн . Во втором случае должен примен тьс  механизм преобразовани  движени  поршневой АПД во вращение вала, содержащий профильную кулачковую шайбу, котора  конструктивно и технологически  вл етс  сложной деталью, а ее долговечность трудно обеспечиваетс .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  двигатель, который содержит корпус с неподвижным блоком цилиндров, установленных параллельно коленчатому валу и вокруг него, коленчатый вал с наклонным кривошипом, качающуюс  шайбу. Последн   посредством карданного подвеса подвижно сочлен етс  с неподвижным корпусом и через подвижную втулку также подвижно с кривошипом коленчатого вала.

Поршни подвижно сочленены с шатунами , которые кинематически св заны с качающимис  рычагами, контактирующими с корпусом, причем точка контакта может пе- ремещатьс  относительно корпуса. Качающа с  шайба кинематически св зана с дополнительными шатунами посредством шаровых шарниров, св занных с качающимис  рычагами, а последние - с шатунами поршней.

В соединении качающейс  шайбы с кривошипом коленчатого вала установлена втулка, образующа  которой непараллельна оси наклонного кривошипа. Оси симмет-

рии втулки и кривошипа пересекаютс  в одной точке. В этой же точке оси вращени  коленчатого вала и карданного подвеса. При повороте втулки относительно оси наклонного кривошипа измен етс  суммарный угол наклона качающейс  шайбы относительно корпуса двигател . В результате этого измен етс  величина хода поршн  и степени сжати  двигател . Дл  возможности независимого регулировани  степени сжати  и хода поршн  предусмотрено перемещение относительно корпуса двигател  точки контакта с ним (корпусом) рычагов, сочлен ющихс  и дополнительный шатуны.

Недостатком известного двигател   вл етс  возможность изменени  хода поршн  только при перемене скоростных и нагрузочных режимов его работы. Указанна  конструкци  не позвол ет реализовать переменность степени сжати  в течение термодинамического цикла, что способствует дополнительной экономии топлива и улучшению экологических показателей энергетической установки с двигателем.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности рабочего процесса.

Указанна  цель достигаетс  тем, что двигатель снабжен механизмом непрерывного изменени  угла наклона качающейс  шайбы, второй цилиндрической втулкой с наклонной боковой поверхностью, установленной на первой цилиндрической втулке с возможностью их взаимного поворота, причем втора  цилиндрическа  втулка кинематически св зана с механизмом непрерывного изменени  угла наклона качающейс  шайбы, а оси симметрии первой и второй втулок пересекаютс  между собой на оси вращени  коленчатого вала а центре карданного подвеса. При этом оси первой и второй цилиндрической втулок непараллельны между собой и привод тс  во вращение назависимо одна от другой от механизмов дл  дискретного и дл  непрерывного вращений.

Предлагаемое устройство отличаетс  наличием цилиндрической наклонной втулки , непрерывно приводимой в движение от механизма изменени  угла наклона качающейс  шайбы в пределах длительности термодинамического цикла.

Втулки сопр жены с шейкой коленчатого вала. Однако их включение в конструкцию в указанной взаимосв зи позвол ет измен ть угол наклона качающейс  шайбы как при переходе с одного скоростного и нагрузочного режима работы двигател  на другой, так и в пределах длительности термодинамического цикла.

На чертеже показана конструкци  аксиально-поршневого двигател , в котором величины степени сжати  и хода поршн  измен ютс  в течение термодинамического цикла и при перемене скоростного или нагрузочного режимов работы независимы друг от друга.

Устройство аксиально-поршневого двигател  содержит цилиндры 1, расположенные параллельно оси вращени  коленчатого вала 2 и вокруг него на неподвижном корпусе 3. Корпус 3 содержит также коренные опоры 4, подвижно сопр гаемые с коренными шейками 5 и 6 коленчатого вала. Шейки 5 и 6 выполнены полыми и содержат центральные сквозные отверсти , соосные оси вращени . Внутренн   поверхность этих отверстий может иметь покрытие из подшипникового материала. В цилиндрах 1 содержатс  поршни 7, шарнирно сочлененные с шатунами 8. Последние снабжены узлами 9 дл  шарнирного соединени  с поршн ми и качающейс  шайбой. В частности , такие узлы 9 могут быть выполнены в виде сферических шарниров,

На наклонном кривошипе 2 коленчатого вала подвижно установлены две цилиндрические втулки 10 и 11. Втулка 10 может поворачиватьс  вокруг оси наклонной кривошипной шейки, а втулка 11 - вокруг втулки 10. Обе цилиндрические втулки выполнены в виде цилиндрических деталей со сквозными отверсти ми, посредством которых данна  втулка контактирует либо с наружной поверхностью кривошипа, либо с внутренней поверхностью втулки 11 без зазоров. В составе движени - образующа  наружной поверхности второй цилиндрической втулки 11 непараллельна оси цилиндрической втулки 10 и оси кривошипа, а ось цилиндрической втулки 10 непараллельна оси кривошипа. Оси обеих втулок и ось кривошипа пересекаютс  в одной точке, через которую проход т ось вращени  коленчатого вала и оси цапф карданного подвеса. Кажда  втулка имеет жестко св занный с ней зубчатый венец с коническими зубь ми: на цилиндрической втулке Юустановлен венец 12, а на второй цилиндрической втулке 11 - венец 13.

С корпусом 3 двигател , шатунами В и наружной поверхностью второй цилиндрической втулки 11 подвижно св зана качающа с  шайба 14. Ее сочленение с второй

5 цилиндрической втулкой 11 соответствует типу цилиндрический шарнир, с шатунами 8 определ етс  типом узлов 9 (например, при выполнении последних в виде сферических шарниров осуществл етс  в виде сфериче10 ских подп тников), а соединение с корпусом реализуетс  посредством сферического приводного механизма, который определ ет особенности движени  качающейс  шайбы . В частности, такой механизм может быть

15 реализован в виде карданного подвеса, состо щего из двух пар цапф 15 и 16, причем кажда  пара цапф имеет общую продольную ось, эти оси перпендикул рны, а обе пары лежат в одной плоскости, и крестови0 ны 17, выполненной в виде кольца. Посредством цапф 15 качающа с  шайба 14 сочленена с крестовиной 17, а при помощи цапф 16 крестовина 17 вместе с качающейс  шайбой 14 подвижно присоединена к корпу5 су 3 двигател .

Двигатель содержит дополнительно механизм дл  дискретного изменени  угла наклона шайбы при переходе двигател  с одного режима работы на другой, а также

0 механизм дл  непрерывного изменени  угла наклона шайбы по углу поворота коленчатого вала в пределах продолжительности термодинамического цикла. Механизм дл  непрерывного изменени  уг5 ла наклона шайбы в пределах термодинамического цикла содержит ось 18. подвижно установленную в полости коренной шейки 6 коленчатого вала и имеющую возможность совершать вращение относительно шейки

0 6. В частности ось 18 может опиратьс  на внутреннюю поверхность коренной шейки 6 как на подшипник. Ось 18 на обоих концах содержит жестко скрепленные с ней конические зубчатые колеса 19 и 20. Зубчатое

5 колесо 19 сцеплено с коническим зубчатым

венцом 13 второй цилиндрической втулки

11. а колесо 20 находитс  в зацеплении с

шестерней 21, насаженной на один конец

промежуточного валика 22, на противопо0 ложном конце которого неподвижно по от- - ношению к нему установлена друга  шестерн  23. наход ща с  в зацеплении с зубчатым колесом 24 на торце полой коренной шейги 6 коленчатого вала. Промежуточ5 ный валик 22 подвижно установлен в корпусе двигател  3.

Механизм дл  дискретного изменени  угла наклона качающейс  шайбы при перемене режимов работы двигател  содержит ось 25, проход щую в полости коренной

шейки 5 коленчатого вала соосно последнему и может опиратьс  на внутреннюю поверхность коренной шейки 5 как на подшипник. На обоих концах оси 25 неподвижно по отношению к ней установлены конические зубчатые колеса 26 и 27. Колесо 26 сцеплено с зубчатым венцом 12 цилиндрической втулки 10, з колесо 27 находитс  в зацеплении с шестерн ми 30, жестко насаженными на промежуточные валики 31. Последние с противоположной стороны имеют жестко насаженные шестерни 32, которые сцеплены с коническим венцом зубчатого колеса 33. Последнее содержит цилиндрический венец с внутренней нарезкой зубьев, а обод колеса 33 подвижно контактирует с неподвижным корпусом двигател , причем в этом контакте установлены подшипниковые элементы 34.

Внутренн   зубчата  нарезка колеса 33 сцеплена с промежуточными шестерн ми 35, подвижно насаженными на оси 36, которые жестко закреплены в неподвижном корпусе двигател . Промежуточные шестерни 35 сцеплены с зубчатым колесом 37, жестко установленным на торце коренной шейки-5 коленчатого вала. Промежуточные валики 31 подвижно установлены в рычагах водила 38 соосного коленчатому валу, имеющему на своей оси зубчатое колесо 39, св занное через шестерню 40 и валик управлени  41 с органом 28 управлени . Крут щий момент передаетс  потребителю фланцем 29.

Двигатель работает следующим образом .

При расширении в цилиндрах 1 продуктов сгорани  топлива поршни 7 движутс  в сторону нижних мертвых точек и через шатуны 8 передают усили  на качающуюс  шайбу 14. Последн   суммирует усили  всех поршней и преобразует их движение во вращение коленчатого вала 2, соверша  при этом сферическое движение. Последнее при сочленении шайбы с корпусом двигател  карданным подвесом складываетс  из двух вращений вокруг пересекающихс  осей. В относительном движении шайба 14 вращаетс  вокруг оси цапф 15 относительно крестовины 17, а в переносном движении шайба 14 вместе с крестовиной 17 вращаетс  относительно корпуса 3 двигател  вокруг оси цапф 16. При сферическом движении качающейс  шайбы ее элемент, соедин емый с второй цилиндрической втулкой 11, совершает движение по окружности и через цилиндрические втулки 10 и 11 приводит во вращение вал.

При посто нном режиме работы двигател  втулка 10 сохран ет неизменное положение по отношению к кривошипу 2

коленчатого вала. Тем самым определ етс  среднее значение степени сжати , величина которого определ ет эксплуатационный режим топлива. Вместе с вращением коленчатого вала в св зи с зацеплением колес 37 и 35 приводитс  во вращение шестерн  33. При посто нности режима работы двигател  водило 38 неподвижно, тогда при вращении колес 32 и 30 на ос х 31 во вращение

0 приводитс  колесо 27 на оси 25. Колесо 26 на противоположном конце оси 25, будучи сцепленным с зубчатым венцом 12, приводит во вращение цилиндрическую втулку 10 относительно неподвижного корпуса так,

5 что ее положение относительно оси наклонного кривошипа остаетс  неизменным.

Одновременно при зафиксированном значении средней степени сжати  на данном посто нном режиме работы двигател 

0 измен етс  текущее значение степени сжати  в пределах длительности термодинамического цикла. При этом от шестерни 24 на торце коленчатого вала приводитс  колесо 23 с-промежуточным валиком 22 и шестер5 ней 21. Благодар  зацеплению последней с колесом 20 на оси 18 приводитс  во вращение шестерн  19, а от нее через зубчатый венец 13 - втора  цилиндрическа  втулка 11. Последн   и на установившемс  режиме

0 работы двигател  совершает вращение относительно кривошипа. При этом в пределах цикла мен етс  угол наклона шайбы к оси вращени  вала и, следовательно, текущее значение степени сжати .

5 Передаточные отношени  всех зубчатых зацеплений выбраны таким образом, что на установившемс  режиме работы углова  скорость цилиндрической втулки 10 равна угловой скорости коленчатого вала, а

0 углова  скорость второй цилиндрической втулки 11 относительно кривошипа в четырехтактном двигателе в 2 раза меньше, а в двухтактном двигателе равна угловой скорости коленчатого вала.

5

При перемене скоростного или нагрузочного режима работы двигател  измен етс  среднее значение степени сжати . При этом растормаживаетс  валик 41 управле0 ни  с колесом 40 и сообщаетс  некотора  углова  скорость водилу 38. Благодар  этому нарушаетс  равенство угловых скоростей коленчатого вала и цилиндрической втулки 10 относительно корпуса двигател .

5 При этом цилиндрическа  втулка 10 измен ет свое положение относительно кривошипа , что.соответствует изменению среднего значени  угла наклона шайбы к оси вращени  вала. Работа второй цилиндрической втулки 11 при этом не измен етс .

Применение предлагаемого двигател  позволит расширить сортамент использованных топлив, повысить эффективность их использовани  в услови х относительно несложной конструкции, улучшить т говые соойства энергетической установки с аксиально-поршневым двигателем.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус с неподвижным блоком цилиндров, поршн ми, шатунами, коленчатый вал с наклонным кривошипом, качающуюс  шайбу, установленную в корпусе при помощи карданного подвеса и кинематически св занную с шатунами и наклонным кривошипом, цилиндрическую втулку, размещенную соосно с качающейс  шайбой с возможностью их взаимного поворота относительно общей оси и подвижно установленную на наклонном кривошипе так, что ось отверсти  цилиндрической втулки совпадает с осью наклонного кривошипа и пересекаетс  с осью симметрии цилиндрической втулки и качающейс  шайбы в центре карданного подвеса, причем цилиндрическа  втулка соединена с механизмом дискретного изменени  угла наклона качающейс  шайбы, а шатуны шарнирно св заны с поршн ми и качающейс  шайбой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности рабочего процесса, двигатель снабжен механизмом непрерывного изменени  угла наклона качающейс  шай- бы, второй цилиндрической втулкой, установленной на первой цилиндрической втулке с возможностью их взаимного поворота , причем втора  цилиндрическа  втулка кинематически св зана с механизмом непрерывного изменени  угла наклона качающейс  шайбы, а оси симметрии первой и второй цилиндрических втулок пересекзютс  между собой в центре карданного подвеса .
2. 2. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с   тем, что коренна  шейка коленчатого вала выполнена полой, а механизм непрерывного изменени  угла наклона качающейс  шайбы снабжен центральным валом,

   установленным внутри полой коренной

   шейки коленчатого вала, причем один конец

   центрального вала кинематически соединен

   с второй цилиндрической втулкой, а другой конец центрального вала кинематически св зан с коленчатым валом.