RU162437U1 - Преобразующий механизм поршневого двигателя - Google Patents

Abstract

Преобразующий механизм поршневого двигателя, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками, и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, отличающийся тем, что зубчатая рейка имеет изогнутую форму, в вертикальной плоскости, и имеет смещение Х, равное длине между осями шатунов, определяемое по формулегде Х- это расстояние между осями шатунов;Χ- длина шатунной головки 1;Х- длина шатунной головки 2;Х- величина зазора между щекой и шатунной головкой;Х- толщина щеки;при этом ширина рейки не должна быть меньше Х.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и касается двигателей внутреннего сгорания, а именно поршневых машин, отличающихся связями между поршнями и ведущим валом.

Известен поршневой двигатель /патент ФРГ №3529921/ с оппозитно расположенными поршнями, выходным валом с зубчатыми колесами, зубчатыми рейками, штоками и муфтами свободного хода. Зубчатые колеса установлены на выходных валах посредством муфт свободного хода с образованием зубчатого зацепления с рейками поршневых пар.

Недостатком этого технического решения является сложность конструкции, невысокая надежность из-за использования муфт свободного хода и невозможность установки на существующие поршневые механизмы.

Известен поршневой двигатель /патент РФ №2151894/ с оппозитно расположенными поршнями и жестко соединенными между собой двумя зубчатыми рейками. Между рейками на осях цилиндра расположен зубчатый сектор с приводным валом.

Недостатком этого технического решения являются значительные силы инерции, возникающие в механизме при резком изменении направления движения поршней в мертвых точках и невозможность установки его на существующие оппозитные поршневые машины без доработки блока цилиндров.

Наиболее близким, принятым за прототип, является /патент РФ №2339828/ приводной механизм поршневых машин, который содержит цилиндр с оппозитно расположенными поршнями, соединенными штоками с расположенными на них зубчатыми рейками, скользящими по образующей цилиндра, на которых выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора, центры которых расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоящих друг от друга на величину хода поршня, зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которого равна ходу поршня, который на выходящей из зацепления с рейками стороне срезан на толщину, равную высоте зуба, причем зубчатый сектор расположен на ведущем валу между рейками и периодически входит в зацепление с зубчатыми рейками. Ось цилиндра и ось вращения зубчатого сектора смещены в одну сторону на величину эксцентриситета от геометрической оси сектора, длина полуокружности сектора и развернутой поверхности зубчатой части рейки равны между собой и обеспечивают заданный ход поршня, а профиль зубчатой рейки выполнен в соответствии с определенной зависимостью, а на рейках выполнены проточки большим радиусом зацепления, центры которых лежат на оси вращения сектора и отстоят друг от друга по вертикали на величину хода поршня. Оси вращения зубчатых секторов не совпадают с осью цилиндра и смещены в разные стороны от оси цилиндра, а эксцентриситеты секторов смещены от их геометрических осей в одну сторону.

Известный объект не может быть применен по причине невозможности его установки на уже серийно производимые поршневые механизмы с целью повышения крутящего момента на валу и сложности конструкции.

Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции для установки данного преобразующего механизма без существенных доработок конструкции картера и блока цилиндров, на существующие конструкции оппозитных двигателей и повышение надежности, а также увеличение мощности двигателя за счет повышения крутящего момента на ведущем валу, создающегося давлением газов в цилиндре.

Поставленная задача решается тем, что преобразующий механизм поршневого двигателя, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками, и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, отличающийся тем, что зубчатая рейках имеет изогнутую форму, в вертикальной плоскости, и имеет смещение X_p, равное длине между осями шатунов определяемое по формуле

,

где X_p - это расстояние между осями шатунов;

X_к1 - длина шатунной головки 1;

X_к2 - длина шатунной головки 2;

X_з - величина зазора между щекой и шатунной головкой;

X_щ - толщина щеки;

при этом ширина рейки не должна быть меньше X_p.

Для установки приводного механизм двигателя внутреннего сгорания на существующие оппозитные конструкции требуется изменение формы рейки, т.к. цилиндры в данного рода конструкции не находятся друг на против друга, а расположены со смещением в горизонтальной плоскости на расстояние X_P. Для установки конструкции принятой за прототип на данный тип двигателей, требуется изменение формы зубчатой рейки приводного механизма. Модифицированная зубчатая рейка имеет изогнутую форму во фронтальной плоскости, в горизонтальной плоскости рейка имеет ровную прямую поверхность на которой устанавливается зубчатая рейка. Зубчатые рейки могут быть расположены друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и скользить по его образующей, а ведущий вал с зубчатым сектором расположен между рейками на осях цилиндров.

На фиг. 1 и 3 изображены поперечные разрезы цилиндра двигателя при двух крайних положениях поршня, на фиг.. 2 и 4 вид сбоку, а на фиг.. 5 ведущий вал существующей оппозитной конструкции.

Приводной механизм состоит из цилиндра 1, в котором размещены оппозитно расположенные верхний поршень 2 и нижний поршень 3, образующие камеры сгорания. Поршни 2 и 3 жестко соединены между собой зубчатыми рейками 4 и 5 сложной формы, размещенными друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и имеющие смещение по горизонтали на расстояние X_p. На противоположных внутренних сторонах реек выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора 6, установленного на ведущем валу 7. Центры радиусов проточек расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня, а напротив радиусов проточек дуга проточки переходит в профиль зуба.

Зубчатый сектор 6 выполнен на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, а на выходящей из зацепления с рейками стороне сектор срезан на толщину, равную высоте зуба под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора.

Рабочий ход поршня 3 отстает от рабочего хода поршня 2 на 180 градусов для двухтактного двигателя и на 360 градусов для четырехтактного.

Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При положении верхнего поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТв) зубчатый сектор 6 не входит в зацепление с зубчатыми рейками 5 и 4 в связи с наличием проточки на рейке 5 и срезанной части зубчатого сектора 6 со стороны рейки 4, а зубья сектора 6 находятся выше линии, соединяющей его концы. Во время сгорания рабочей смеси за счет повышения давления поршень перемещается вниз и рейка 5 при начале движения поршня 2 входит в зацепление с зубчатым сектором 6. При перемещении поршня 2 вниз на ведущем валу 7 создается крутящий момент, действующий в направлении часовой стрелки и равный произведению давления газов на радиус полуокружности зубчатого сектора 6. Во время движения поршня 2 к нижней мертвой точке зубчатый сектор 6, вращаясь по часовой стрелке, находится в зацеплении с рейкой 4, а нижний поршень 3 одновременно двигается к своей мертвой точке (ВМТн). Поршень 2 придет в положение нижней мертвой точки (НВМПв) после того, как зубчатый сектор повернется на 180 градусов, так как длина окружности зубчатого сектора равна ходу поршня (см. фиг. 1), а нижний поршень 3 придет в верхнюю мертвую точку (ВМТн). В это время зубчатый сектор 6 выйдет из зацепления с рейкой 5, но еще не войдет в зацепление с рейкой 4, так как будет находиться в проточке рейки, которая к этому времени подойдет к оси ведущего вала.

Как только нижний поршень 3 придет в ВМТн, произойдет сгорание топлива в его камере сгорания и давление газов заставит его перемещаться вверх. Теперь рейка 4 войдет в зацепление с зубчатым сектором 6 и создаст крутящий момент на ведущем валу 7, направленный также по часовой стрелке, а рейка 5 в это время не сцепляется с зубчатым сектором. После прихода нижнего поршня 3 в НМТн зубчатый сектор 6 завершит полный оборот и возвратится в положение, соответствующее позиции 1 (см. фиг. 1, 2). Затем процесс повторяется.

Работа приводного механизма описана для двухтактного двигателя. Для четырехтактного двигателя работа механизма аналогична, только такты выпуска и сжатия будут происходить за счет вращения ведущего вала 7 и перемещения поршней 2 и 3 за счет сил инерции и работы соседних цилиндров. В двигателе может быть необходимое (четное) количество цилиндров, установленных в ряд или с поворотом цилиндров относительно друг друга на заданный угол. В рядном двигателе расположение зубчатого сектора смещается на 180 градусов относительно соседнего цилиндра, в двигателях других типов заклинка сектора смещается на угол разворота цилиндров относительно друг друга.

Благодаря этим признакам конструкция приводного механизма становится простой, компактной и пригодной для установки на существующие оппозитные поршневые механизмы, без какой либо доработки, а также повышается мощность двигателя за счет более эффективного преобразования давления газов в цилиндре в крутящий момент на ведущем валу двигателя.

Claims (1)

1. Преобразующий механизм поршневого двигателя, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками, и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, отличающийся тем, что зубчатая рейка имеет изогнутую форму, в вертикальной плоскости, и имеет смещение Х_р, равное длине между осями шатунов, определяемое по формуле

   

   где Х_р - это расстояние между осями шатунов;

   Χ_к1 - длина шатунной головки 1;

   Х_к2 - длина шатунной головки 2;

   Х_з - величина зазора между щекой и шатунной головкой;

   Х_щ - толщина щеки;

   при этом ширина рейки не должна быть меньше Х_р.

   

Images