МЕХАНИЗМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ, В ЧАСТНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONVERTER OF PISTON MACHINE MOTION, IN PARTICULAR, OF ICE

Изобретение относится к поршневым машинам с качающимися органами и может быть использовано в их конструкциях в качестве механизма преобразования движения.
Известен механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором шарнирно установлены два вала отбора мощности, в каждом цилиндре установлен поршень, связанный первым валом и механизмом пробразования движения, который имеет общую точку пересечения геометрических осей кинематических пар на оси вала, первый вал шарнирно соединен осью, перпендикулярной его осевой линии, с поводковым элементом, имеющим цапфу, шарнирно соединенную с торцевым элементом на одном из валов отбора мощности (RU 2269663C2, 10.02.2006)
Недостаток конструкции - громоздкость кривошипно-шатунного механизма, преобразующего качания коромысел во вращение коленчатого вала.
Известен механизм преобразования качаний коромысла во вращательное движение выходного вала роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащий бесшатунный механизм, выполненный в виде установленной на валу ротора вилки и закрепленной в соосных отверстиях последней и связанной с выходным и вспомогательным валами крестовины (RU 2051276С1, 27.12.1995).
Данный механизм аналогичен кривошипно-ползунному механизму качающейся шайбы с условием, что на оси качания шайбы на подшипниках установлен вал, а шайба с установленным на ней коромыслом совершает качания вокруг оси вала. ( И. И. Артоболевский, Механизмы в современной технике. В 7 томах, том 2, М., Наука, 1979, стр. 497, механизм 1514).
Недостаток механизма преобразования движения - малая нагрузочная способность вилки, установленной консольно на валу ротора.
Известен также механизм преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором сдвоенные, по одной оси установленные цилиндры в одном или дополнительно и в параллельном ряду расположены по касательным к окружности под углом между осями, обеспечивающим их работоспособность, причем поршни в смежных цилиндрах соединены штоками, имеющими пазы, в которых шарнирно установлены тяги, соединенные с равноплечими коромыслами, которые на оси качания равноудалены от осей цилиндров и шарнирно связаны с корпусом, в котором шарнирно установлен выходной вал, имеющий наклонный кривошип (RU 2436973C1,20.12.2011).
Задача изобретения состоит в упрощении конструкции механизма преобразования движения поршневой машины, в повышении его надежности и в уменьшении объема, занимаемого эквивалентной прототипу группой цилиндров.
Технический результат достигается тем, что механизм преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором сдвоенные, по одной оси установленные цилиндры в одном или дополнительно и в параллельном ряду расположены по касательным к окружности под углом между осями, обеспечивающим их работоспособность, причем поршни в смежных цилиндрах соединены штоками, имеющими пазы, в которых шарнирно установлены тяги, соединенные с равноплечими коромыслами, которые на оси качания равноудалены от осей цилиндров и шарнирно связаны с корпусом, в котором шарнирно установлен выходной вал, имеющий наклонный кривошип, согласно изобретению коромысла на оси качания снабжены рамкой, имеющей шарнир, перпендикулярно расположенный по отношению к оси качания коромысел и пересекающий ось, на котором установлена поводковая втулка, ось отверстия которой перпендикулярна и пересекается с осью шарнира, а сама втулка охватывает наклонный кривошип выходного вала, ось которого перпендикулярна и пересекается с осью коромысел.
Кроме того,с целью управления степенью сжатия кривошип выходного вала выполнен с возможностью изменения угла наклона.
Кроме того, с целью уравновешивания сил инерции он в машине применен в паре блоков, объединенных в один агрегат с общим валом передачи мощности, которые закреплены на единой платформе, причем движения поршней, соединенных штоками и качания коромысел в смежных блоках, происходят в противофазе.
Кроме того, смежные продольно по отношению к линии вала расположенные цилиндры соседних блоков имеют индивидуальные камеры сжатия.
Кроме того,смежные продольно по отношению к линии вала расположенные цилиндры соседних блоков имеют общие камеры сжатия.
Кроме того, в агрегате двухрядного исполнения цилиндров в каждом блоке могут быть выведены из эксплуатации по одному ряду цилиндров путем расфиксации их коромысел при сохранении работоспособности агрегата на половину мощности.
На фиг.1 изображен упрощенный чертеж механизма преобразования движения поршневой машины, в частности, двигателя внутреннего сгорания, на котором, для наглядности, часть одноименных деталей не показана. Не показаны также подшипники, элементы крепления, механизмы и детали, не относящиеся к предмету данного изобретения.
На фиг.2 - вид А на фиг. 1.
На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 2.
На фиг.4 - разрез В-В на фиг. 2.
На фиг.5 изображен агрегат из двух блоков механизмов преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, с расположением цилиндров в нем поперек оси линии вала передачи мощности.
На фиг.6 изображен агрегат из двух блоков механизмов преобразования движения поршневой машины, в частности, двигателя внутреннего сгорания, с расположением цилиндров в нем вдоль оси линии вала передачи мощности, в котором смежные цилиндры соседних блоков имеют индивидуальные камеры сжатия
На фиг.7 изображен агрегат из двух блоков механизмов преобразования движения поршневой машин, в частности двигателя внутреннего сгорания, с расположением цилиндров в нем вдоль оси линии вала передачи мощности, в котором смежные цилиндры соседних блоков сближены и имеют общие камеры сжатия.
На фиг.8 - фиг.11 изображены различные варианты исполнения составных частей механизма преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, а именно коромысла в сборе с рамкой.
На фиг.10 изображен один из вариантов фиксации коромысла на рамке.
На фиг.12, фиг.13 изображены варианты исполнения кривошипа вала передачи мощности, позволяющие изменять угол наклона кривошипа.
На фиг.14 изображен вид виртуальной модели механизма преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, исполненной с возможностью изменения угла наклона кривошипа вала передачи мощности, в которой корпус и часть одноименных деталей, для наглядности, не показаны.
Механизм преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус, состоящий из двух симметричных частей 1-1 и 1-2, блоки цилиндров 2, поршни 3, соединенные штоками 4, тяги 5, шарнирно установленные в пазы штоков 4, коромысла 6, которые в оси качания снабжены рамкой 7, шарнирно установленной в крышки 8, закрепленные на частях корпуса 1-1 и 1-2. Поводковая втулка 9 шарнирно связана с рамкой 7, а другой осью насажена на наклонный кривошип вала передачи мощности 10, установленного в части корпуса 1-1 и 1-2. Объемы, изменяемые при перемещении поршней 3 внутри блоков цилиндров 2,являются их индивидуальными камерами сжатия «к». Головки блоков цилиндров (крышки) на графических фигурах не показаны.
Коромысла 6 в одном из исполнений (см. фиг.10) закреплены и зафиксированы на рамке 7 посредством штифтов 11, удаление которых позволяет при качающейся рамке 7 остановить движения коромысел 6 и поршней 3 в цилиндрах 2, связанных посредством штоков 4, тяг 5 с коромыслом 6, что приводит к выводу их из эксплуатации.
В вариантах исполнения вала передачи мощности 10, позволяющих изменять угол наклона кривошипа, кривошип 12 выполнен отдельной деталью (фиг.12, фиг.13), связанной посредством серег 13 с управляющим валом 14, который имеет возможность осевого перемещения. Привод управляющего вала 14 может быть любым (не показан).
Работа механизма преобразования движения поршневой машины, в частности, двигателя внутреннего сгорания заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения от расширяющихся в цилиндрах газов поршней, соединенных штоками, в качания коромысел, а движения последних - во вращение вала передачи мощности.
Механизм преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, работает следующим образом.
Сдвоенные по одной оси установленные блоки цилиндров 2 в одном или дополнительно и в параллельном ряду расположены по касательным к окружности под углом между осями. Поршни 3 в сдвоенных блоках цилиндров 2 одного ряда соединены штоками 4, имеющими пазы, и совершают возвратно-поступательные движения, которые через шарнирно установленные в пазах штоков тяги 5 передаются равноплечим коромыслам 6, которые в оси качания снабжены рамкой 7, шарнирно установленной в крышки 8, закрепленные на частях корпуса 1-1 и 1-2. Рамка 7, совершая качания, посредством поводковой втулки 9, шарнирно установленной в ней и насаженной на наклонный кривошип вала передачи мощности 10, передает ему движение, заставляя вращаться. Амплитуда качаний рамки 7 и, как следствие, ,величина хода поршней 3 в цилиндрах 2 зависят от угла наклона кривошипа вала передачи мощности 10.
Механизм преобразования движения поршневой машины, в частности, двигателя внутреннего сгорания, в котором предусмотрена функция изменения угла наклона кривошипа вала передачи мощности работает следующим образом. Осевое перемещение (см. фиг.12, фиг.14) управляющего вала 14, шарнирно связанного посредством серег 13 с кривошипом 12, изменяет угол его наклона, причем второй конец кривошипа 12, выполненный в виде ползуна, перемещается в радиальном пазу, выполненном во фланце вала передачи мощности 10. При симметричном исполнении данного механизма передача мощности осуществляется на обе стороны управляющих валов 14 (см. фиг.13). Функция изменения угла наклона кривошипа вала передачи мощности позволяет, изменяя величину хода поршней в цилиндрах, управлять степенью сжатия.
При работе одного блока механизма преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания, от качания коромысел 6 и движения поршней 3, соединенных штоками, возникают силы инерции, уравновесить которые позволяет объединение в одном агрегате двух блоков с общим валом передачи мощности, закрепленных на единой платформе, причем, движения поршней 3, соединенных штоками 4, и качания коромысел 6 в смежных блоках происходят в противофазе. На фиг. 5 изображен агрегат из двух блоков с расположением цилиндров в нем поперек оси вала передачи мощности. На фиг. 6 изображен агрегат из двух блоков с расположением цилиндров в нем вдоль оси линии вала передачи мощности и индивидуальными камерами сжатия «к» для каждого смежного цилиндра соседних блоков. На фиг. 7 изображен агрегат из двух блоков с расположением цилиндров в нем вдоль оси линии вала передачи мощности и общими камерами сжатия «к» для смежных цилиндров соседних блоков. В таком исполнении агрегат будет иметь меньший габарит вдоль линии вала передачи мощности ввиду того, что соседние блоки в нем сближены.
Цилиндры в блоках механизма преобразования движения поршневой машины, в частности, двигателя внутреннего сгорания, в зависимости от исполнения коромысел 4, могут быть расположены и под другими взаимными углами. Варианты исполнения коромысел 4 приведены на фиг.8 - фиг.11. Замысел конструктора может быть реализован в широком диапазоне.