SU1768764A1 - Дbигateль-hacoc - Google Patents

Description

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в судоавиаэвтомототранспорте.

Известны двигатели внутреннего сгорания поршневой, двухтактный, содержащий вращающийся цилиндр, образованный поперечном усечением цилиндрической фигуры, внутри которого размещается поршневой элемент, образованный усечением цилиндра и пересечением его по Оси малым цилиндром, ось которого совпадает с осью вращательно-колебательного движения поршневого элемента. Консольные выступы' в цилиндре имеют цилиндрические сегментные проточки с радиусом малого секущего цилиндра поршневого элемента, для их сопряжения и разделения таким образом полости цилиндра на две надпоршневые и две подпоршневые камеры. Вращение цилиндра эксцентрично относительно оси вращения механизма преобразования вращательного движения во вращательноколебательное движение, который позволяет периодически уменьшать и увеличивать объемы камер над - и подпоршневого пространства и реализовать цикл двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Недостатком этого технического решения является то, что подшипники вала поршневого элемента работают в зоне больших температур в стенках цилиндров, что снижает долговечность работы двигателя.

Известен двигатель, содержащий цилиндр, имеющий два внутренние, расположенные вдоль его осевой плоскости выступа, соосно установленный в цилиндре с возможностью вращения поршня в виде прилегающей к выступам’цилиндра цилиндрической ступицы с двумя наружными выступами, прилегающими к внутренней поверхности цилиндра с образованием четырех камер, разделенных уплотнениями, установленными в пазах цилиндра, а в станине на подшипниках установлены соосно соединенный с поршнем полый вал и выходной вал, связанные между собой посредством механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное, выполненного в виде закрепленного на выходном валу маховика, промежуточного вала, соосно соединенного с полым валом, и рычага, соединенного посредством подшипников с промежуточным валом и с маховиком, а ось рычага расположена под острым углом к оси выхода вала.

Недостатком этого технического решения является то, что подшипники полуосей полого вала и механизм преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное подвержены воздействию больших температур, что снижает ресурс работы двигателя.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы двигателя-насоса.

Для достижения поставленной цели в двигателе-насосе, состоящем из станины, к которой прикреплен цилиндр, имеющий два внутренние расположенные вдоль его плоскости выступа, соосно установленный в цилиндре с возможностью вращения поршень в виде прилегающей к выступам цилиндра цилиндрической ступицы с двумя наружными выступами, прилегающими к внутренней поверхности цилиндра с образованием четырех камер, разделенных уплотнениями, выполненными в виде прокладок, установленных в пазах цилиндра, причем в станине на подшипниках установлены соосно соединенный с поршнем полый вал и выходной вал, связанные между собой посредством механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное, выполненного в виде закрепленного на выходном валу маховика, промежуточного вала, соосно соединенного с полым валом, и рычага, соединенного посредством подшипников с промежуточным валом и с маховиком, маховик имеет уравновешивающую массу, а ось рычага расположена под острым углом к оси выходного вала. Цилиндр, поршень и уплотнения выполнены из керамики, а полый вал - из двух металлических полуосей с конусными концами, установленных с возможностью осевого перемещения с радиальным зазором между полуосями и цилиндром, и прижатых дополнительно установленными пружинами своими конусными концами к конусным пазам, выполненным в поршне с разных его сторон.

Кроме того, на полуосях и поршне в местах их соединения выполнены введенные друг с другом в зацепление соосные зубчатые венцы с одинаковыми узлами зубьев.

Подшипники полуосей полого вала закрыты дополнительно установленными крышками, в которых выполнены отверстия, а в полуосях - радиальные каналы для подачи охлаждающей среды.

Кроме того, в цилиндре выполнены каналы подачи сжатого.воздуха, а вдоль пазов в стенках цилиндра выполнены равнорасположенные отверстия, закрытые с одной стороны дополнительно установленными керамическими пробками, а с другой - керамическими поршеньками с толкателями, прижатыми к прокладкам, причем полости ^между пробками и поршеньками соединены между собой каналами подачи сжатого воздуха.

Механизм преобразования поворотноколебательного движения во вращательное размещен в отдельном корпусе, соединенном со станиной посредством дополнительно установленных керамических теплоизоляторов.

На фиг.1 изображена конструкция керамического двигателя-насоса; на фиг.2 - конструкция механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное движение; на фиг.З - конструкция элемента вала керамического двигателя-насоса; на фиг.4 - размещение элементов керамического двигателя-насоса в прямоугольной проекции.

Двигатель-насос содержит станину 1, на которой закреплены стойки 2, на консольных выступах 3 которых телескопически размещаемые и подпружиненные упругими элементами 4 конические конусы 5, располагаемые в конических пазах 6 боковых стенок керамического цилиндра 7 с двумя внутренними симметричными выступами 8. на которых выполнены проточки 9 под керамические уплотнения 10,соединяющиеся с круговыми проточками боковых стенок, соединяющиеся с продольными проточками, лежащие в плоскости симметрии перпендикулярно плоскости симметрии внутренних консольных выступов 8. В днищах проточек 9 с равномерным шагом располагаются отверстия 11, в которых находятся керамические толкатели 12 поджимных керамических поршней 13, размещающиеся в плоскостях 14, закрытые керамическими пробками 15 и соединенные между собой каналами 16 подвода сжатого воздуха. В керамическом цилиндре 7 имеются органы перекрытия 17. Внутри керамического цилиндра 7 располагается керамический поршень 18, контактная поверхность которого повторяет внутреннюю поверхность упомянутого керамического цилиндра 7 и двух симметричных выступов 8, образованного также усечением плоскостями и пересечением тела вращения по оси вращения образующего тела, деля внутреннюю полость упомянутого керамического цилиндра 7 на четыре разнообъемных камеры.

Металлический вал 19 состоит из двух частей и в механическом соединении с керамическим поршнем 18 имеет зубчатый венец 20. причем угол упомянутых зубьев зубчатого венца 20 равен углу зубьев на керамическом поршне 18. Части металлического вала 19 размещаются в подшипниках 21, внешние кольца которых размещены в стойках 2 и подпружинены упругими элементами 22 в сторону керамического поршня 18. Подшипники 21 закрыты крышками 23 с отверстиями 24 для подачи охлаждающей среды. Металлический вал 19 выполнен полым с радиальными отверстиями 25 для подачи и вывода охлаждающей среды.

Металлический вал 19 соединен через муфту 26 с валом 27 механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное движение, состоящий из упомянутого вала 27,соединенный с вильчатым наконечником 28 (по типу ухо-вилка) рычага 29, другой конец которого закреплен в подшипнике 30 маховика 31, имеющий уравновешенную массу 32 и закрепленный на выходном валу 22, который размещен в подшипнике 34, внешняя обойма которого размещена в корпусе 35. Корпус 35 крепится к станине 1 через керамические прокладки 36. На металлическом валу 19 выполнена центрирующая коническая поверхность 37. Угол конуса которой равен углу зубчатого венца.

Работа двигателя-насоса с механизмом преобразования вращательно-колебательного движения во вращательное движение заключается в следующем.

.При вращении выходного вала 33, рычаг 29 с вильчатым наконечником 28. вращаясь относительно оси подшипника 30 маховика 31, и, описывая конус, приведет в поворотно-колебательное движение вал 27. Поворотно-колебательные движения передаются через муфту 26 металлическому валу 19, а от него - керамическому поршню 18, что повлечет увеличение и уменьшение объемов в четырех равных симметричных камерах, образованных поверхностью керамического поршня 18 и. внутренними симметричными выступами 8 керамического цилиндра 7. что можно использовать для осуществления насосных действий или реализации цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Выполнение цилиндра 7, поршня 18 и уплотнений 10 из керамики увеличивает КПД двигателя и увеличивает температуру работы. Вынос подшипников 21 металлического вала 19 из зоны сильного теплового воздействия увеличивает их ресурс работы. Циркуляция охлаждающей среды внутри вала 19 предохраняет его от падения прочности.

Увеличение температуры в механическом соединении материалов с разными объемными коэффициентами расширений металлического вала 19 и керамического поршня 18 приводит к смещению валов 19 е сторону сжатия пружин 22, что предохраняет от высоких механических напряжений в керамическом поршне 18, а равенство углов центрирующих конических поверхностей 37 и углов зубьев на зубчатых венцах 20, равномерно распределяют нагрузку, В результате превалирующей деформацией будет сдвиг, срез в месте стыка металлического вала 19 с керамическим поршнем 18, так как изгибающий момент практически будет отсутствовать, при условии, что в камерах, накрест лежащих, происходят одинаковые процессы сжатия или расширения. В каналы 16 подается сжатый воздух, который попадает в полости 14, закрытые керамическими пробками 15, а также, воздействуя на поджимные керамические поршни 13, создает на керамических толкателях 12 одинаковое усилие Р, которое передается на керамические уплотнения 10, прижимая их к рабочим поверхностям поршня 18.

Выбор технологического и охлаждающего зазора между металлическим валом 19 и керамическим цилиндром 7 выбирается в зависимости от технологии их сборки, коэффициента теплопередачи охлаждающей среды, максимальной температуры, при которой может работать конструкция данного металлического вала и скорости прохода охлаждающей среды как внутри его, так и снаружи.

Таким образом, предлагаемый двигатель-насос позволяет увеличить ресурс керамических деталей путем снижения механических и термических напряжений, а также позволяет увеличить ресурс подшипников вала поршня и механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное путем выноса этих элементов из зоны высоких температур.

Claims (5)

1. Формула изобретения

   1. Двигатель-насос, содержащий закрепленный на станине цилиндр, имеющий расположенные вдоль его осевой плоскости два внутренних выступа, соосно установленный в цилиндре с возможностью вращения поршень в виде прилегающей к выступам цилиндра цилиндрической ступицы с двумя наружными выступами, прилегающими к внутренней поверхности цилиндра с образованием четырех камер, разделенных уплотнениями, выполненными в виде прокладок, установленных в пазах цилиндра, причем в станине на подшипниках установлены соосно соединенный с пор шнем полый вал и выходной вал, связанные между собой посредством механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное, выполненного в виде закрепленного на выходном валу маховика, промежуточного вала, соосно соединенного с полым валом, и рычага, соединенного посредством подшипников с промежуточным валом и с маховиком, маховик имеет уравновешивающую массу, а ось рычага расположена под острым углом к оси выходного вала, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы, цилиндр, поршень и уплотнения выполнены из керамики, а полый вал - из двух металлических полуосей с конусными концами, установленных с возможностью осевого перемещения с радиальным зазором между полуосями и цилиндром, и прижатых дополнительно установленными пружинами своими конусными концами к конусным пазам, выполненным в поршне с разных его сторон.
2. 2. Двигатель-насос по п.1, о т л~и ч a tout и й с я тем, что на полуосях и поршне в местах их соединения выполнены введенные друг с другом в зацепление соосные зубчатые венцы с одинаковыми углами зубьев.
3. 3. Двигатель-насос по п.1 и2,отличающ и й с я тем, что подшипники полуосей полого вала закрыты дополнительно установленными крышками, в которых выполнены отверстия, а в полуосях - радиальные каналы для подачи охлаждающей среды.
4. 4. Двигатель-насос по п.1, о т л и чающий с я тем, что в цилиндре выполнены каналы подачи сжатого воздуха, вдоль пазов в стенках цилиндра выполнены равнорасположенные отверстия, закрытые с одной стороны дополнительно установленными керамическими пробками, а с другой - керамическими поршеньками с толкателями, прижатыми к прокладкам, причем полости между пробками и поршеньками соединены между собой каналами подачи сжатого воздуха.
5. 5. Двигатель-насос по пп.1-4, отличающийся тем, что механизм преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное размещен в отдельном корпусе, соединенном со станиной посредством дополнительно установленных керамических теплоизоляторов.

   Фиг. 2 фиг. 3