МНОГОЦИЛИНДРОВАЯ ПОРШНЕВАЯ МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ

Многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия.
Техническое решение относится к поршневым двигателям, в частности, к двигателям внутреннего сгорания (ДВС).
К основному недостатку, возникаюшему при работе четырёхтактных четырёхцилиндровых ДВС, построенных по традиционной схеме, можно отнести потери энергии на трение и ускоренный износ цилиндро-поршневых групп, связанных с перекосом поршней в процессе эксплуатации.
Известен патент СССР - «Многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия, содержашая четырёхцилиндровый блок, имеюший попарно расположенные соосные цилиндры, оси которых расположены в одной плоскости, поршни, установленные в цилиндрах и попарно связанные между собой штоками, и главный вал, расположенный перпендикулярно плоскости осей цилиндров. На главном валу установлен двуплечий рычаг, концы плеч которого соединены со штоками с помощью сферических опор. Отбор или подвод крутящего момента производится через выходной вал, который связан с одним из плеч двуплечего рычага с помощью шатунов, установленных на кривошипах, выполненных в виде эксцентриков и закреплённых на выходном валу. С другим плечом рычага связано устройство для уравновешивания, выполненное в виде дополнительного вала с кривошипами и шатунами, причём оно размешено так, что обший центр тяжести всех движушихся частей расположен на оси главного вала. При работе машины, например, в качестве ДВС, поршни, перемещаясь в цилиндрах, под действием давления в них через штоки передают усилие на двуплечий рьшаг, качательное перемещение которого преобразуется во вращательное движение выходного вала через шатуны и кривошипы
Данный двигатель имеет усложнённзто по сравнению с рядным четырёхтактным ДВС систему преобразования возвратнопоступательного движения поршней во вращательное движение
МКИ 6 F 02В 53/00
выходного вала. Кроме того, в процессе работы двигателя шток, соединяющий поршни, должен испытывать значительные боковые нагрузки, передаваемые от двуплечего рычага через сферические опоры, что должно вызывать повышенный износ поршней и цилиндров. Как следствие, такой двигатель не может обладать высоким коэффициентом полезного действия и надёжностью.
Известен ДВС, описанный в заявке Японии. Данный двигатель наиболее близок к заявляемому решению по технической сущности. ДВС содержит корпус, в котором размещён двухцилиндровый блок, выполненный в виде половины кольца, на противоположных концах которого расположены порщни, жёстко связанные друг с другом. Поршни свободно скользят относительно внутренней поверхности кольца и приводят во вращение общий коленчатый вал посредством кривошипно-шатунного механизма. В верхней части корпуса установлено устройство газораспределения (2).
В описанном ДВС имеются недостатки, присущие рядному двигателю, т.е. при свободно скользящих в цилиндрах поршнях воздействие боковых (несоосных с направлением движения) сил, передающихся от коленчатого вала через шатун, создаёт дополнительное трение поршней о стенки цилиндров и вызывает повышенный износ цилиндров и поршней. Кроме того, при работе двигателя на поршни и шток при такой конструкции двигателя воздействуют центробежные силы, также вызывающие дополнительное трение поршней о стенки цилиндров. Поэтому, несмотря на то, что с использованием штока, жёстко соединяющего поршни, устранена возможность перекоса поршней, попеременное воздействие центробежной и направленной под углом к ней силы со стороны шатуна неизбежно вызовет ускоренный износ цилиндро-поршневой гр5шпы. Трение скольженри, вызванное действием этих сил, приводит к дополнительному нагреву двигателя и снижению его КПД.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение надёжности работы заявляемой машины, снижение её массы и з еньшение габаритных размеров, а техническим результатом исключение перекоса поршней и сведение к минимуму трения их о стенки цилиндров.
Для этого предложена многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия, в частности , двигатель внутреннего сгорания, содержашая двухцилиндровый блок, выполненный в виде половины кольца, установленные в цилиндрах поршни, жёстко связанные между собой и соединённые с общим коленчатым валом с помощью кривошипно-шатунного механизма, характеризуюшаяся тем, что она дополнительно снабжена по крайней мере одним двухцилиндровым блоком, расположенным симметрично в одной плоскости с первым блоком, при этом оба блока размещены в общем корпусе, поршни цилиндров каждого блока соединены попарно между собой и объединены посредством единого маятникового механизма, в центре которого расположена ось качания.
Многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия характеризуется также тем, что маятниковый механизм выполнен в виде двуплечего рычага, установленного на центральной оси машины, пары поршней соединены элементом, вьшолненным в виде сегмента кольца и закреплённым на концах плечей рычага, на одном из плечей которого выполнен элемент для соединения с шатуном, а камеры сгорания расположены по окрз жности кольца.
Техническое решение иллюстрируется на чертежах: на фиг.1 приведена заявляемая конструкция в разрезе, на фиг. 2 - рабочий цикл машины. На фигурах изображено: 1 - первый двухцилиндровый блок, 2 поршень, 3 - коленчатый вал, 4 - шатун, 5 - второй двухцилиндровый блок, 6 - корпус машины, 7 - маятниковый механизм, 8 - ось качания, 9 - цилиндр.
Поршневая машина в предпочтительном варианте содержит два двухцилиндровых блока 1 и 5, каждый из которых выполнен в виде половины кольца. Блоки объединены в общем корпусе 6. Цилиндры могут быть выполнены, например, в виде стаканов 9, размещённых внутри корпуса 6, как показано на фиг.1. Внутри цилиндрических блоков 1 и 5 попарно установлены поршни 2, жёстко связанные между собой. Поршневые группыобъединены маятниковым механизмом 7, который
может быть выполнен, например, в виде двуплечего рычага. В центре двуплечего рычага расположена ось качания 8. Двуплечий рычаг установлен на центральной оси машины с помощью подшипника. Преобразование колебательного движения во вращательное производится обычным способом - с помощью шатуна 4 и коленчатого вала 3. Один конец шатуна связан с коленчатым валом, другой конец установлен на двуплечем рычаге с помощью подшипника.
Точка крепления шатуна к рычагу и способ крепления (шатун перемещается в плоскости колебаний рычага или вне этой плоскости) определяется конкретной конструкцией машины. Возможно, например, конструктивное решение, когда центральная ось установлена на подшипниках, закреплённых в теле блока цилиндров. Во всяком случае констрз ция должна исключить возможность перемещения поршневой группы в любом направлении, кроме движения по окружности, вокруг центральной оси.
В предлагаемом решении поршни жёстко связаны между собой попарно и объединены в единую конструкцию жёсткой связью, выполненной в виде двуплечего рычага, в центре которого расположена ось качания. Камеры сгорания расположены по окружности кольца. При работе две колебательное движение двуплечего рычага преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью щатуна.
При работе машины, например, в качестве ДВС поршни 2, перемещаясь в цилиндрических блоках 1 и 5 под действием давления в них передают усилие на двуплечий рычаг 7, качательное перемещение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 3. Рабочий цикл ДВС соответствует рабочему циклу обычного четырёхтактного двигателя. Па фиг.2 показаны четыре цилиндры двигателя «а, «б, «в, «г. Положение поршня в первом цилиндре соответствует концу первого такта - ВПУСК; во втором цилиндре - такт СЖАТИЕ; в третьем цилиндре - конец третьего такта РАБОЧИЙ ХОД; в четвёртом цилиндре - конец четвёртого такта ВЫПУСК.
Возможный порядок работы цилиндров; 1-2-3-4 или 1 - 4 - 3 - 2. За один цикл, т.е. за четыре такта в двигателе, как и в обычном ДВС, совершается два оборота коленчатого вала.
Распределительный вал в данном двигателе может быть заменён на центрально расположенную распределительную шайбу, что может позволить существенно уменьшить габариты двигателя.
При определённой схеме построения двигатель может использоваться как двухтактный или дизель, а также в виде модуля при построении многоцилиндровой машины, где каждый модуль работает в противофазе.
Так как поршни ДВС жёстко установлены на двуплечем рычаге, то при работе двигателя исключены их перекосы и соответственно трение их о стенки цилиндров сведено к минимому. Высота поршней может быть весьма малой, она определяется только возможностью установки 5пплотнительных колец м механической прочностью поршня.
Небольшое количество подвижных деталей и отсутствие пальцев, соединяющих в традиционных конструкциях поршень с шатуном, значительно повышают надёжность двигателя.
Снижается общая масса и уменьшаются габариты ДВС, а также повышается КПД. Источники информации;
1.Патент СССР № 1190997, F 01В 5/00, F 02В 75/32, 1985. 2. Заявка Японии № 60-22027, F 02В 53/00, F 01С 9/00, 1985.