RU3785U1 - Двухтактный аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания "угату-мотор" - Google Patents

Abstract

Двухтактный аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий круглый корпус, камеры сгорания и цилиндры, расположенные по окружности внутри корпуса; поршни, помещенные в цилиндрах; систему топливоподачи, вращающийся центральный вал двигателя, к которому подключены потребители энергии, отличающийся тем, что двигатель содержит симметричные относительно центральной поперечной плоскости двигателя два блока поршней, попарно расположенных в общих цилиндрах с общими камерами сгорания и два симметричных двухэтапных механизма преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя, каждый из которых состоит из шатунов, кривошипов и жестко соединенных с кривошипами конических шестерен, находящихся в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, закрепленными на валу двигателя и являющимися одноступенчатыми редукторами, встроенными в конструкцию двигателя.

Description

ДВУХГАКтаЫЙ АКСЙАЛЬНО-ПОНШЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ШУТРЕННЕГО ( УГАТУ - Мотор )

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности, к двухтактным поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использована в различных энергетических установках. Вследствие малых размеров поперечного сечения и относительно малого веса аксиально-поршневые ДВС, предпочтительней использовать в конструкциях самолётов малой авиации, автомобилях, быстроходных малогабаритных катерах.

Известен аксиально-поршневой двухтактный ДВС Cl3 с вращающимся блоком цилиндров и продувочным насосом, в котором с целью упрощения механизма привода поршней, блоки цилиндров двигателя и насоса выполнены отдельно и их оси расположены под тупым углом одна к другой, а соответственные поршни двигателя и насоса жёстко соединены между собой,

.Недостатком такого двигателя С I является сложность его конструкции, плохая уравновешенность, малая габаритная мощность двигателя, низкий к,п,д.

Известен двухтактный аксиально-поршневой ДВС Г2,3 ,содержащий корпус, блок цилиндров, камеры сгорания, размещённые в цилиндрах пороши, систему топливоподачи, при этом на валу двигателя жёстко закреплена плоская вращающаяся шайба, которая соединена с поршнями с помощью сферических шарниров.

MoffOSB 75/26

СГОРАНИЯ

/

a

Недостатком такой конструкции аксиально-поршневых ,33 является то, что имеются значительные Т| дности при создании долговечных соединений шайбы к валу и сферического соединения поршня к шайбе, трудности в балансировке вала двигателя. Кроме того силы, действующие вдоль оси вала достигают значительных величин и для их нейтрализации необходимо создавать подшипники со спец1 ическими конструктивными решениями. Всё это усложняет конструкцию, уменьшает к, п. д. двигателя.

Известна конструкция аксиально-поршневого ДВС 4l xjoдержащая корпус с впускными и выпускными каналами, вращающийся ротор с цилиндрами, порпнями и продувочными окнами, центробежный регулятор, связанный через подпружинные рычаги с гибкими подвижными пластинсши, установленные в стенках впускных каналов.

Недостатком такой конструкции является плохая уравновешенность, трудности в создании надёжных уплотнений во впускных и выпускных каналах, малая габаритная мощность двигателя, плохая надёжность и малая долговечность конструкции.

Известен аксиально-поршневой , содержащий корпус с неподвижным блоком цилиндров, поршнями и шатунами, коленчатым валом с наклонным кривошипом, качающуюся шайбу, установленную в корпусе при помощи карданового подвеса и кинематически связанную с шатунами и наклонным кривошипом,а также механизм изменения угла наклона качающейся шайбы.

Недостатком такой конструкции аксиально-портаевого ДВС является её значительная сложность,а значит неизбежные трудности в изготовлении, сборке и балансировке двигателя и малая надёжность конструкции. Эта конструкция содержит большое количество сферических и цилиндрических шарниров, а позтому возможны

большие потери механической энергии, что ведет к малому к. п. д. двигателя.

Известна конструкция аксиально-поршевого ,б .содержащая корпус, камеры сгорания, блок цилиндров, размещенные в цилиндрах порпши, систему топливоподачи, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя, включающий профильную шайбу синусоидального профиля, закрепленную на валу двигателя и цилиндрические ролики, которые при обкатке шайбы передают усилия от порпшей на шайбу, вращая её и вал двигателя, к которому подключаются потребители энергии.

Известная конст пщия аксиально-порпшевого ДВС 2,бЗ выбрана в качестве прототипа.

Недостатками аксиально-поршевого ДВС С 2,бЗ является то, что в двигателе двухтактного исполнения для осуществления газообмена в камере сгорания необходимо использовать петлевую продувку, что не эффективно, так как 10-15 отработанных газов остаются в камере сгорания и в результате свежая смесь содержит меньше кислорода, происходит снижение мощности двигателя при тех же габаритах, увеличивается расход топлива, снижается к.п.д. двигателя.

Кроме того при одной профильной шайбе от газовых и инерциальных сил возможны значительные осевые усилия на подшипники вала двигателя, необходимы специальные дополнительные упорные подшипники. В определённых конкретных конструкциях двигателя, например, при нечётном числе порпней возможна остаточная неуравновешенность от сил инерции, что вызовет нагрузки на опоры

.

-iвала двигателя и на узлы крепления всего двигателя. Необходимы дополнительные конструктивные или технологические меры для уменьшения влияния инерциальных сил. Все это будет усложнять конструкцию двигателя.

При чётном числе поршней как в случае Г б 3 будет большая неуравновешенность крутящего момента и угловой скорости вращения вала двигателя, что приводит к большим нагрузкам на узлы крепления двигателя, уменьшает надёжность и снижает долговечность двигателя,

В известной конструкции - прототипе для преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя применяются цилиндрические ролики и профильная синусоидальная шайба, рабочая поверхность которой является линейчатой, при этом образующая прямая линия, идущая по ширине рабочей поверхности всегда перпендикулярна к оси вала двигателя, В лучшем случае контакт ролика и шайбы осуществляется по линии - указанной образующей. При небольшом перекосе контакт переносится в одну из краевых точек и становится точечным. Во всех случаях возникают большие контактные усилия и большие силы трения, приводящие к усиленному износу рабочих поверхностей ролика и шайбы. Поэтому указанная конструкция является недолговечной. Кроме того силы трения могут создавать моменты, разворачивающие ролики и поршни, что может привести к заклиниванию двигателя, уменьшает надёжность его работы. Сама профильная шайба имеет сложную пространственную форму, трудоёмка в изготовлении и существенно увеличивает стоимость двигателя.

Задачей полезной модели является пошлоение надёжности.

& щ-nt - долговечности двигателя и экономичности его работы за счёт уменьшения потерь механической энергии на трение, уменьшения износа рабочих поверхностей деталей двигателя, пр М енения в двигателе хорошо зарекомендовавших себя в других конструкциях деталей и узлов,а также рационального выбора общей компоновки двигателя.

Задача решается тем, что в двухтактном аксиально-поршневом две содержащим круглый корпус, камерл сгорания и цилиндры, расположенные по окружности внутри корпуса; поршни, помещённые в цилиндрах; систему трпливоподачи, вращающийся центра, вал двигателя, к которому подключены потребители энергии, в ютличие от прототипа двигатель содержит симметричные, относительно центральной поперечной плоскости двигателя два блока поршней, попарно расположенных в общих цилиндрах с общими камершли сгорания и два также симметричных двухэтапных механизма преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя, 1фи этом на первом этапе используются раздельные для каждого поршня шатуны и кривошипы, преобразующие поступательное движение поршней во вращательное движение кривошипов, а на втором этапе полученное вращение кривошипов передается валу двигателя, для чего используются конические шестерни,жестко соединенные с кривошипами и вращающие два зубчатых конических колеса, закрепленных на валу двигателя и выполняющих совместно с коническими пюстернями функцию одноступенчатого редуктора для обеспечения необходимого значения величины угловой скорости вращения вала двигателя.

оЬП jr

дров для каждых двух попарно противоположных поршней и общей камеры сгорания обеспечивает её прямоточную продувку, что способствует более полной очистке цилиндров от отработанных газов. Свежая смесь будет содержать больше кислорода, уменьшается расход топлива, повышается к,п.д. двигателя.

В рассматриваемом двигателе имеет место равенство газовых сил,действущих на оба поршня одного цилиндра в любой момент времени. Газовые силы замыкаются внутри двигателя и не передаются на опоры вала двигателя, которые будут нагружены только крутящим моментом и силами вра цающихся деталей. Все поршни, шатуны и кривошипы двигателя попарно симметричны, движутся и вращаются одинаково,но в противоположных направлениях. Их общее количество равно 2а , где П 2,3,4,... и т.д. Это обеспечивает полную уравновешенность двигателя от инерциальных сил. Двигатель не требует никаких дополнительных устройств или технологических операций для балансировки. Необходима лишь ццентичность в размерах и массах двигателей.

В заявляемой конструкции кривошипы в соседних цилиндрах можно развернуть друг относительно друга на некоторые углы для того, чтобы во всем двигателе в любых его двух цилиндрах не было бы одинаковых фаз работы двигателя, это приведет к лучшей по отношению прототипа равномерности вращения вала двигателя,а значит меньших нагрузок на уздаг крепления двигателя.

Кроме того на валу двигателя установлены два конических зубчатых колеса одновременно являющихся маховиками. Это также улучшит равномерность вращения двигателя и не требует применения дополнительных специальных маховиков.

в заявляемой конструкции по сравнению с прототипом будут меньшие потери механической энергии на трение деталей, так как отсутствуют ролики и профильная шайба, а применяются хорошо отработанные и надёжные кривошипно-шатунные механизмы и шестеренчатые передачи,

В заявляемой конструкции вршцательное движение полученное в кривошипно-шатунном механише с помощью двух конических шестерён передаётся валу двигателя. Данные шестерни являются одновременно одноступенчатым редуктором, то есть в самом механизме преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя содержится одноступенчатый редуктор,что для многих применений двигателя может оказаться достаточным и не будет требоваться дополнительный редуктор.

Применение в заявляемой конструкции кривошипнонзатушшх механизмов, конических шестерен и общих камер сгорания,а также круговое расположение цилиндров вокруг вала двигателя позволяет изготовить двигатель с малым поперечным сечением, уменьшенного продольного размера и относительно малого веса. Важным преимуществом данного двигателя является то, что в его конструкции отсутствуют новые механизмы, такие как профильная шайба с роликами. Конструкция заявляемого двигателя состоит из хорошо известных и часто применяемых в технике узлов - кривошипно-шатунных механизмов и зубчатых шестерен. Хорошо отработанная технология их производства и общая простота конструкции будет способствовать уменьшению стоимости двигателя.

Существо полезной модели поясняется чертежом. На фиг,1 изображён продольный разрез заявляемого двухтактного аксиальнопоршневого две,Заявляемый двухтактный аксиально-поршневой ДВС состоит из корпуса I, цилиндрической ,в центральной части которого по окружности располагаются цилиндры 2 двигателя. В циливдре помещены два поршня 3 головками навстречу друг другу,а в центре помещены форсунки 4 для впрыска топлива. В цилиндрах имеются продувочные окна - для входа чистого воздуха и для исхода выхлопных газов. Порши с помощью шатунов 5 соединяются с кривошипами б, к которым жёстко прикреплены конические шестерни 7, находящиеся в зацеплении с одним из двух зубчатых конических колес 8, закреплённых на валу двигателя 9, помещённого в подшипниках корпуса I.

Работа двухтактного аксиально-порпневого ДВС осуществляется следующим образом. В положении показанном на фиг.1 производится продувка камер сгорания и заполнение их свежим воздухом. Оба поршня 3 находятся в крайнем положении. Объем камеры сгорания максимальный. После окончания продувки и заполнения цилиндров свежим воздухом ничинается сжатие, при котором повышается давление и температура воздуха. При достижении минимального объема, температура воздуха становтгся максимальной. В это время в камеру сгорания, через форсунку 4 впрыскивается топливо, происходит его возгорание или от разогретого воздуха (дизельный цикл) или с помощью электрической свечи. При горении повышается давление в камере сгорания и поршни отходят друг от друга. Происходит процесс расширения рабочей смеси. В это время соверпается полезная работа. Шатуны 5 вращают кривошипы б и конические шестерки 7, которое в свою очередь привода во вращение зубчатое коническое колесо 8 и вал двигателя 9. Темпера

тура и давление смеси падает. При приближении к противойоложному крайнему положению левый поршень открывает выхлопные отверстия большего размера, начинается выхлоп отработанных газов. Через некоторое время открываются правые отверстия меньшего размера для свежего воздуха и оба поршня приходят в другое крайнее положение, начинается ноши цикл работы двигателя. Заявители: /

// - С,Т,Кусимов В,С,Жернаков -Б, Г, Ильясов В,П,Ильчанинов Р, Б, Якубов

Claims (1)

1. Двухтактный аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий круглый корпус, камеры сгорания и цилиндры, расположенные по окружности внутри корпуса; поршни, помещенные в цилиндрах; систему топливоподачи, вращающийся центральный вал двигателя, к которому подключены потребители энергии, отличающийся тем, что двигатель содержит симметричные относительно центральной поперечной плоскости двигателя два блока поршней, попарно расположенных в общих цилиндрах с общими камерами сгорания и два симметричных двухэтапных механизма преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя, каждый из которых состоит из шатунов, кривошипов и жестко соединенных с кривошипами конических шестерен, находящихся в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, закрепленными на валу двигателя и являющимися одноступенчатыми редукторами, встроенными в конструкцию двигателя.