RU726U1 - Поршневой двигатель - Google Patents

Abstract

1. Поршневой двигатель, включающий картер, рабочий вал, цилиндры с установленными в них поршнями, механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала или наоборот, содержащий балансиры с выполненными в них прорезями, шарнирно соединенными одними концами через поводки с поршнями, отличающийся тем, что рабочий вал выполнен эксцентриковым и установлен в картере на трех опорах, содержащих подшипники качения, причем эксцентриковые шейки рабочего вала с противоположным эксцентриситетом расположены в радиальном направлении и по длине рабочего вала симметрично относительно его центральной опорной шейки на эксцентриковых шейках закреплены подшипники качения, установленные в прорезях балансиров, а указанные прорези выполнены эквидистантными по ширине, при этом длина прорези составляет не менее 2*е + D , где e - эксцентриситет вала, а D - диаметр подшипника качения, и другие концы балансиров шарнирно соединены с картером.2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он содержит четыре поршня и цилиндра, рабочий вал содержит два эксцентрика, на каждом из которых установлены по два подшипника качения.3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что прорези выполнены прямоугольными.4. Двигатель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что картер выполнен разъемным.5. Двигатель по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что рабочий вал выполнен цельным.

Description

ПОРШНЕВОЙ IBlffATElb(

Изобретение относится к лоршнсвнм дв игателям, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в различных отраслях производства, использующих ДВС и компрессоры, например, в автомобильной промышленности.

Известен поршневой двигатель, включающий картер, рабочий вал, дилиндрн с установленными в них поршнями, механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала или наоборот, содержащий балансиры с выполненными в них прорезями, шарнирно соединенными через поводки с поршнями .атент Канады Ii74i30, кл.-Р02Б , опубяик. I9d:). лансиры шарнирно связаны с рабочим валом.

Недостатком такого двигателя является то, что при движении поршня из ВМТ к НМТ и обратно поршневая головка движется прямолинейно и не меняет своей траектории по оси цилиндра на всей длине хода поршня, в то время как поводок при каждом ходе поршня попеременно отклоняется в противоположнче стороны на величину радиуса кривошипа колянвала. В результате появляется боковая составляющая сила, попеременно при каждом ходе поршня принимающая поршень к противоположным сторонам зеркала цилиндра. Здесь неизбежно возникает большие потери на трение, неравномерный износ поршня и цилиндровой втулки и повышенный расход топлива. Это ускоряет выход из строя ДВС, укорачивает его моторесурс.

Такая конструкщя не позволяет установить рабочий вал (коленвал) на подшипниках качения, которые обладают меньшим коэс фициентом трения, подшипники скольжения, обычно используемые в таких машинах.

Sw|t787i/ tf

Была поставлена цель укеньшения потерь на трение, повышение надежности устройства за счет его упрощения, увеличения срока службы двигателя за счет исключения неравномерного износа поршня, а также снижения расхода топлива.

Поставленная цель была достигнута в данном изобретении.

В поршневом двигателе, включающем картер, рабочий вал, цилиндры с установленными в них поршнями, механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала или наоборот, содержащий балансиры с выполненными в них прорезями, шарнирно соединенными одними концами через поводки с поршнями, согласно изобретению, рабочий вал выполнен эксцентриковым и установлен в картере на трех опорах, содержащих подшипники качения, причем эксцентриковые шейки рабочего вала с противоположным эксцентриситетом расположены в радиальном направлении и по длине рабочего вала симметрично относительно его центральной опорной шейки, на эксцентриковых шейках закреплены подшипники качения, установленные в прорезях балансиров, а указанные прорези выполнены эквидистантными по ширине, при этом длина прорези составляет не менее 2€. гдвё - эксцентриситет вала, а J) - диаметр подшипника качения, и другие концы балансиров шарнирно соединены с картером.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения поршневой двигатель содержит четыре поршня и цилиндра, рабочий вал содержит два эксцентрика, на каждом из которых установлены по два подшипни-j ка качения.

Прорези могут быть выполнены прямоугольными.

Картер предпочтительно выполнен разъемным.

Рабочий вал предпочтительно выполнен цельным,несоставным.

- 5T yfffl - Эксцентриковые шейкк рабочего вала с противоположным экоцентрисктетом расположены симметрично относительно центральной опорной шейки в радивльнои направлении и по длине рабочего вала. Uio означает, что если провести плоскость через оси каждых двух эксцентриковых шеек, установленных на равном расстоянии от центральной опорной шейки, и через ось закрепления вала, то оси эксцентриковых шеек будут расположена на данной плоскости по разные стороны от оси закрепления вала. При этом за расстояние от эксцентриковой шейки до центральной опорной шейки могут быть приняты, наприт ер, расстояния меигду геометрическими центрами цилиндрических шеек (центрами их масс при однородно, выполнении шеек). Такая форма вала обеспечивает возможность возвратно-поступательного движения поршней при вращении вала в совокупности с другими конструктивными элементами.

1 абочий вал установлен в картере на трех опорах на подшипниках качения - две опоры выполнены в противоположных стенках картера для установки двух концов вала ; третья опора служит для установки в ней центральной опорной шейки. Такая установка вала упрощает конструкции двигателя, например, по сравнению с обычно пр; м8няющимйся двигателями с пятипорным валом.

На эксцентриковых шейках жестко закреплены подшипники качения, которые установлены в прорезах балансиров с возможностью перемещения по длине прорезей. Оти конструктивные признаки позволяют передвигать балансир в направлении, параллельном возможному перешщбнию поршня.

Другие концы балансиров шарнирно соединены с картером. Это позволяет передавать движение от рабочего вала к поршням.

Такой механизм преобразования поступательного движения во вращательно5 позволяет обеспечить движение поршней за счет перемещения эксцентриков с подшипниками в зазорах, практически без пере / #У

-хкоса поводков, что практически исключает действующие на стенки поршня составляющие к, слеловательио, увели швает срок службы двигателя за счет уменьшения износа поршня.

Бозможность передачи движения непосредственно от рабочего вала к балансиру бег их шарнирного соединения позволяет упростить конструкпию двигателя, а следовательно, увеличить надежность его работы.

Так как данное устройство позволяет использовать подшипники качения, расход топлива уменьшается.

Б процессе работы подшйпникк качения перемещаются по прорезям. Это вызывает необходимость выполнения прорезей эквидистантными по ширине. Ширина прореяи должна быть несколько больше диаметра подшипника, чтобы обеспечить свободное перемещение подшипника. Вместе с тем нежелательно иметь достаточно большой зазор, так как при этом появляется возможность ударов. Величину зазора определяют в процессе эксперитдентальннх работ.

Б данной заявке за длину зазора принимают длину отрезка кривой (прямой), эквидистантной от краев прорези и расположенной по направлению возможного перемещения оси эксцентрика, установленного в этой прорезя, ограниченного двумя другими краями прорези.

Расстояние первыми двумя краями прорези (оно должно быть одинаковш/ по крайней мере на отрезке траектории возможного перемещения оси экст нтрика, и в этом смысле прорезь названа эквидистантной) измеряется по перпендикуляру к краям прорези (касательным к ним).

Длина прорези должна быть достаточной, чтобы обеспечить перемещение подшипника в течение полного оборота вала. Это может быть реализовано в том случае, если длина прорези составляет не менее 2а. t ), где - эксцентриситет вала, а J) - диаметр подшипника

.Х Гкачения.

Э сдеитриситеюм вала здесь названо расстояние от оси экс кеитрика до оси закрепления вала возможного вращения вала в опорах).

Прорззи могут иметь различную форму, например, прямо гольную, ИЛ; прямоугольную со округленны /, углами.

Б частном случае внполнепил двигателя, например, в варианте чашрехтактного ,IuiG, рабочий вал содержит два эксцентрика, на каждой из которых установлены по два подшипника качения. Если картер выполнен разъемным, это облегчает сборку конструкции и ее разборку при ремонте, т.е. увеличивает ремонтопригодность двигателя,

предложенный двигатель может использоваться и в качестве двигателя, и в ка встве компрессора.

ГредложенкнЙ двигатель отличается от /I/ тем, что рабочий вал выполнен эксцентриковым и установлен в картере на трех опорах, содержащих подшипники качения, причем эксцентриковые шейкй рабочего вала с противоположным эксцентриситетом расположены в радиальном направлечии и по длине рабочего вала симметрично относительно его центральной опорной шейки, на эксцентриковых шайках закреплены подшипники качения, установленные в прорезях балансиров, а указанные прорези выполнены эквидистантным/ по ширине, при этом длина прорези составляет не менее ), где 5 - эксцентриситет вала, а J) - диаметр подшипника качения, и другие кон.ш балансиров шарнирно соединена с картером. Таким образом, предложенноб устройство удовлетворяет критерию изобретения новизна.

В патентно и научно-технической литературе не описаны признаки, характеризующие применение в механизмах преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала балансиров, соединенных шарнирно с картером. Не описано также при- мзнвние в двигателях деталей с прорезями с длиной не менее ) , где и 3 указаны выше. Таким образом, предложенное устройство удовлетворяет критерию изобретения изобретательский уровень.

Предложенный двигатель может быть использован в автомобильной и других отраслях промышленности. Он позволяет уменьшить потери на трение. Обладает повышенной надежностью по сравнению с /i/ за счет более простой конструкции, увеличенным сроком службы за счет исключения неравномерного износа поршня. Применение двигателя позволяет снизить расход топлива. Таким образом, предложенное устройство удовлетворяет критерию изобретения промышленная применимость.

Конкретный пример выполнения устройства изображен на (игЛ-З.

Иа $иг. i изображен разрез .

На фиг. I представлен разрез ДВС в вертикальной плоскости 4-4, на фиг. - разрез в горизонтальной плоскости В-В на фиг. I.

Картер две состоит из двух частей: верхней - I и нижней - 2. В горизонтальном разъеме картера расположен рабочий вал 3 на подшипниках качения ч и 3. На эксцентриковых шейках 6 рабочего вала 3 посажены подшипники качения 7, которые размещены в прорезях соответствующих балансиров d, попарно расположенных относительно центральной опорной шейки З рабочего вала 3. балансир может свободно качаться вокруг шарнира у неподвижной опорь 10 (конец балансира шарнирно соединен с картером). Каждый балансир В шарниром li соединяется поводком 12 с поршнем 13, который может перемещаться возвратно-поступательно в цилиндровой втулке i. Позицией 15 обо- начены прорези балансиров, выполненные прямоугольными со скругленными краями, позицией 16 - прорези балансиров, выполненные без скругления краев (пунктиром).

вала 13, 16 - оси эксцентриковых шеек 6. Обозначен также эксцентркпитет 6 вала 3,

Систеш : газораспределенЕя, топливоподачи, смазки и охлаждения - не показаны и Н8 рассматриваются.

Работа предлагаемого двигателя осуществляется следующим образом,

Грк самовозгорании топлива от сжатия воздуха или от свечи у карбюраторного дзигатзля продукты сгорания под давлением перемещают поршень 13 вниз, Б результате поводок 12 воздействует на балансир .3 череп шарнир II. Происходит качание балансира из положения i в положение П, что вызывает поворот эксцентрикового рабочего вала 3 на полоборота. Г,ри этоь1 подшипники 7 перемещаются в прорезях iS балансиров 3. Балансиры качаются на щрнйрах 9. Так как балансиры В ра М9щену попарно относительно центральной опорной шейки 3 эксцентрикового вала, то при его повороте на полоборота и опускании одно. пары качающихся балансиров из положения i в положение И, другая пара балансиров подпишется из положения П в положение 1, Таким образов у -{.-тактного и -цилиндрового .ЬС каждаГ полуоборот эксцентрикового вала будет происходить под воздействием рабочего хода одного из поршней. Ь склу того, что шарнир ii балансира 3 при его качании из положения I в положение I: и обратно переме 1ается по траектории, близкой к прямолинейной, поводок 12 практически движется по пpяыOi : линии. Поэтому боковые усилия на поршень 13 практически отсутствуют и в сочетании с заменой традиционных подшипников скольжения, на которых, как правило, работают коленвалн - на подшипники качения, обеспечивают уменьшение потерь на трение в предложенног; ДВС, меньшзнинепотери на трение укеньшавт и расход топлива и в конечном итоге удлиняют моторесурс ДЬС,

X -.ГТаким образом, предложенный двигатель позволяет уменьшить потери на трение, обладает повышенной надежностью, .увеличенным сроком службы и позволяет снизить расход топлива.

-.

атентоведА/ / К,Л Стояченко

Автор 4iU/vv- 11 .А .Громов

Claims (5)

1. Поршневой двигатель, включающий картер, рабочий вал, цилиндры с установленными в них поршнями, механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала или наоборот, содержащий балансиры с выполненными в них прорезями, шарнирно соединенными одними концами через поводки с поршнями, отличающийся тем, что рабочий вал выполнен эксцентриковым и установлен в картере на трех опорах, содержащих подшипники качения, причем эксцентриковые шейки рабочего вала с противоположным эксцентриситетом расположены в радиальном направлении и по длине рабочего вала симметрично относительно его центральной опорной шейки на эксцентриковых шейках закреплены подшипники качения, установленные в прорезях балансиров, а указанные прорези выполнены эквидистантными по ширине, при этом длина прорези составляет не менее 2*е + D , где e - эксцентриситет вала, а D - диаметр подшипника качения, и другие концы балансиров шарнирно соединены с картером.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он содержит четыре поршня и цилиндра, рабочий вал содержит два эксцентрика, на каждом из которых установлены по два подшипника качения.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что прорези выполнены прямоугольными.

4. Двигатель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что картер выполнен разъемным.

5. Двигатель по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что рабочий вал выполнен цельным.