ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ МЕХАНИЗМ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению и касается двигателей внутреннего сгорания, а именно поршневых машин, отличающихся связями между поршнями и ведущим валом.
Известен поршневой двигатель /патент ФРГ №3529921/ с оппозитно расположенными поршнями, выходным валом с зубчатыми колесами, зубчатыми рейками, штоками и муфтами свободного хода. Зубчатые колеса установлены на выходных валах посредством муфт свободного хода с образованием зубчатого зацепления с рейками поршневых пар.
Недостатком этого технического решения является сложность конструкции, невысокая надежность из-за использования муфт свободного хода и невозможность установки на существующие поршневые механизмы.
Известен поршневой двигатель /патент РФ №2151894/ с оппозитно расположенными поршнями и жестко соединенными между собой двумя зубчатыми рейками. Между рейками на осях цилиндра расположен зубчатый сектор с приводным валом.
Недостатком этого технического решения являются значительные силы инерции, возникающие в механизме при резком изменении направления движения поршней в мертвых точках и невозможность установки его на существующие оппозитные поршневые машины без доработки блока цилиндров.
Наиболее близким, принятым за прототип, является /патент РФ №2339828/ приводной механизм поршневых машин, который содержит цилиндр с оппозитно расположенными поршнями, соединенными штоками с расположенными на них зубчатыми рейками, скользящими по образующей цилиндра, на которых выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора, центры которых расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоящих друг от друга на величину хода поршня, зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которого равна ходу поршня, который на выходящей из зацепления с рейками стороне срезан на толщину, равную высоте зуба, причем зубчатый сектор расположен на ведущем валу между рейками и периодически входит в зацепление с зубчатыми рейками. Ось цилиндра и ось вращения зубчатого сектора смещены в одну сторону на величину эксцентриситета от геометрической оси сектора, длина полуокружности сектора и развернутой поверхности зубчатой части рейки равны между собой и обеспечивают заданный ход поршня, а профиль зубчатой рейки выполнен в соответствии с определенной зависимостью, а на рейках выполнены проточки большим радиусом зацепления, центры которых лежат на оси вращения сектора и отстоят друг от друга по вертикали на величину хода поршня. Оси вращения зубчатых секторов не совпадают с осью цилиндра и смещены в разные стороны от оси цилиндра, а эксцентриситеты секторов смещены от их геометрических осей в одну сторону.
Известный объект не может быть применен по причине невозможности его установки на уже серийно производимые поршневые механизмы с целью повышения крутящего момента на валу и сложности конструкции.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции для установки данного преобразующего механизма без существенных доработок конструкции картера и блока цилиндров, на существующие конструкции оппозитных двигателей и повышение надежности, а также увеличение мощности двигателя за счет повышения крутящего момента на ведущем валу, создающегося давлением газов в цилиндре.
p
Поставленная задача решается тем, что преобразующий механизм поршневого двигателя, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками, и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, отличающийся тем, что зубчатая рейках имеет изогнутую форму, в вертикальной плоскости, и имеет смещение X, равное длине между осями шатунов определяемое по формуле
,
p
где X - это расстояние между осями шатунов;
к1
X - длина шатунной головки 1;
к2
X - длина шатунной головки 2;
з
X - величина зазора между щекой и шатунной головкой;
щ
X - толщина щеки;
p
при этом ширина рейки не должна быть меньше X.
P
Для установки приводного механизм двигателя внутреннего сгорания на существующие оппозитные конструкции требуется изменение формы рейки, т.к. цилиндры в данного рода конструкции не находятся друг на против друга, а расположены со смещением в горизонтальной плоскости на расстояние X. Для установки конструкции принятой за прототип на данный тип двигателей, требуется изменение формы зубчатой рейки приводного механизма. Модифицированная зубчатая рейка имеет изогнутую форму во фронтальной плоскости, в горизонтальной плоскости рейка имеет ровную прямую поверхность на которой устанавливается зубчатая рейка. Зубчатые рейки могут быть расположены друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и скользить по его образующей, а ведущий вал с зубчатым сектором расположен между рейками на осях цилиндров.
На фиг. 1 и 3 изображены поперечные разрезы цилиндра двигателя при двух крайних положениях поршня, на фиг.. 2 и 4 вид сбоку, а на фиг.. 5 ведущий вал существующей оппозитной конструкции.
p
Приводной механизм состоит из цилиндра 1, в котором размещены оппозитно расположенные верхний поршень 2 и нижний поршень 3, образующие камеры сгорания. Поршни 2 и 3 жестко соединены между собой зубчатыми рейками 4 и 5 сложной формы, размещенными друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и имеющие смещение по горизонтали на расстояние X. На противоположных внутренних сторонах реек выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора 6, установленного на ведущем валу 7. Центры радиусов проточек расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня, а напротив радиусов проточек дуга проточки переходит в профиль зуба.
Зубчатый сектор 6 выполнен на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, а на выходящей из зацепления с рейками стороне сектор срезан на толщину, равную высоте зуба под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора.
Рабочий ход поршня 3 отстает от рабочего хода поршня 2 на 180 градусов для двухтактного двигателя и на 360 градусов для четырехтактного.
Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
При положении верхнего поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТв) зубчатый сектор 6 не входит в зацепление с зубчатыми рейками 5 и 4 в связи с наличием проточки на рейке 5 и срезанной части зубчатого сектора 6 со стороны рейки 4, а зубья сектора 6 находятся выше линии, соединяющей его концы. Во время сгорания рабочей смеси за счет повышения давления поршень перемещается вниз и рейка 5 при начале движения поршня 2 входит в зацепление с зубчатым сектором 6. При перемещении поршня 2 вниз на ведущем валу 7 создается крутящий момент, действующий в направлении часовой стрелки и равный произведению давления газов на радиус полуокружности зубчатого сектора 6. Во время движения поршня 2 к нижней мертвой точке зубчатый сектор 6, вращаясь по часовой стрелке, находится в зацеплении с рейкой 4, а нижний поршень 3 одновременно двигается к своей мертвой точке (ВМТн). Поршень 2 придет в положение нижней мертвой точки (НВМПв) после того, как зубчатый сектор повернется на 180 градусов, так как длина окружности зубчатого сектора равна ходу поршня (см. фиг. 1), а нижний поршень 3 придет в верхнюю мертвую точку (ВМТн). В это время зубчатый сектор 6 выйдет из зацепления с рейкой 5, но еще не войдет в зацепление с рейкой 4, так как будет находиться в проточке рейки, которая к этому времени подойдет к оси ведущего вала.
Как только нижний поршень 3 придет в ВМТн, произойдет сгорание топлива в его камере сгорания и давление газов заставит его перемещаться вверх. Теперь рейка 4 войдет в зацепление с зубчатым сектором 6 и создаст крутящий момент на ведущем валу 7, направленный также по часовой стрелке, а рейка 5 в это время не сцепляется с зубчатым сектором. После прихода нижнего поршня 3 в НМТн зубчатый сектор 6 завершит полный оборот и возвратится в положение, соответствующее позиции 1 (см. фиг. 1, 2). Затем процесс повторяется.
Работа приводного механизма описана для двухтактного двигателя. Для четырехтактного двигателя работа механизма аналогична, только такты выпуска и сжатия будут происходить за счет вращения ведущего вала 7 и перемещения поршней 2 и 3 за счет сил инерции и работы соседних цилиндров. В двигателе может быть необходимое (четное) количество цилиндров, установленных в ряд или с поворотом цилиндров относительно друг друга на заданный угол. В рядном двигателе расположение зубчатого сектора смещается на 180 градусов относительно соседнего цилиндра, в двигателях других типов заклинка сектора смещается на угол разворота цилиндров относительно друг друга.
Благодаря этим признакам конструкция приводного механизма становится простой, компактной и пригодной для установки на существующие оппозитные поршневые механизмы, без какой либо доработки, а также повышается мощность двигателя за счет более эффективного преобразования давления газов в цилиндре в крутящий момент на ведущем валу двигателя.