ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания и могут быть использованы в качестве двигателя на автомобилях, тракторах, вертолетах, в бытовой технике и электроэнергетике.
Уровень техники
Известно устройство - двигатель внутреннего сгорания (Евразийский патент №011059, дата публикации 30.12.2008). Двигатель внутреннего сгорания содержит установленный с возможностью вращения обод с орбитальными беговыми дорожками в виде Т-образного паза овальной или другой, замкнутой и центрально-симметричной конфигурации, охватываемый этими беговыми дорожками не вращающийся блок радиально сходящихся друг к другу камерами сгорания цилиндров с установленными в них поршнями и шарнирно связанные с ними и с установленными на блоке цилиндров одноплечими рычагами шатуны с нажимными роликами на других концах, находящимися в контакте с беговыми дорожками упомянутого паза. Невращающийся блок цилиндров установлен с возможностью управляемого смещения от оси вращения обода, а двигатель снабжен средством для осуществления данного смещения. В частном случае при выполнении двигателя с четырехтактным циклом работы гребни у орбитальных беговых дорожек выполнены четного количества. В частном случае число цилиндров нечетно и больше, чем количество гребней.
Недостатком известного технического решения является неравномерное изменение силового воздействия и сложность конструкции.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является поршневая машина (патент РФ №2163973, дата публикации 13.03.2001).
Поршневая машина содержит закрепленные на кронштейнах силовой рамы оппозитно расположенные цилиндры с поршнями, установленный в подшипниковой опоре в середине между поршнями вал с диском. На поверхности диска выполнена профильная беговая дорожка. На валу закреплен второй диск с такой же профильной беговой дорожкой на противостоящей поверхности. При этом каждая беговая дорожка выполнена в виде непрерывного ручья. Цилиндры имеют боковые прорези, в которых скользят поршневые пальцы, взаимодействующие концами через роликовые опоры с профильными беговыми дорожками обоих дисков. В частном случае поршни имеют по два днища, между которыми установлен поршневой палец, а каждый из цилиндров с обоих торцов закрыт головками с впускными и выпускными клапанами и выполнен с боковыми приливами для крепления кронштейнов с подшипниковой опорой.
Недостатком прототипа является неравномерное изменение силового воздействия и сложность конструкции.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение равномерности изменения силового воздействия и упрощение конструкции.
Поставленная задача достигается за счет того, что в роторно-поршневом двигателе, содержащий первое основание с направляющей и второе основание с закрепленными на нем цилиндрами, при этом в каждом цилиндре установлен соответствующий поршень, к которому одним из концов присоединен соответствующий стержень, цилиндры установлены попарно оппозитно друг другу, причем в каждой паре они размещены с противоположных сторон направляющей, стержни в каждой паре соединены между собой свободными концами, направляющая выполнена в виде замкнутой фигуры, ролики установлены с обеспечением возможности их движения по направляющей, а первое основание и второе основание установлены друг относительно друга с обеспечением возможности взаимного вращения направляющая снабжена пазом, ограниченным нижней поверхностью и
противоположно расположенными первой поверхностью и второй поверхностью, при этом на первой поверхности образован первый выступ, а на второй поверхности образован второй выступ, первый выступ и второй выступ образованы на разном расстоянии от нижней поверхности, замкнутая фигура, характеризующая выполнение направляющей, выполненной в форме восьмерки, первое основание и второе основание установлены друг относительно друга таким образом, что при контактировании одного ролика, относящегося к данной паре цилиндров с первым выступом другой ролик, относящийся к этой же паре цилиндров, имеет зазор по отношению ко второму выступу, и наоборот при контактировании этого другого ролика, относящегося к данной паре цилиндров со вторым выступом упомянутый первым ролик, относящийся к этой же паре цилиндров, имеет зазор по отношению к первому выступу.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг. 1, 2, 3), где на фиг. 1 показана кинематическая схема устройства, на фиг. 2 показан частичный поперечный разрез, на фиг. 3 показан вид слева.
Раскрытие полезной модели
На чертеже обозначены: цилиндр 1, первое основание 2, направляющая 3, первая поверхность 4, вторая поверхность 5, первая донная стенка 6, первая камера сгорания 7, первый поршень 8, первый шток 9, первый шип 10, первый ролик 11, второй поршень 12, вторая камера сгорания 13, третий поршень 14, второй ролик 15, второй шип 16, второй шток 17, четвертый поршень 18, третья камера сгорания 19, вторая донная стенка 20, кожух 21, приводной вал 22, лопасти 23, второй выступ 24, паз 25, третий ролик 26, первое отверстие 27, основной вал 28, замкнутая цилиндрическая стенка 29, первый выступ 30, нижняя поверхность 31, четвертый ролик 32, второе отверстие 33, второе основание 34, ребра охлаждение 35.
Основными элементами устройства являются первое основание 2 с направляющей 3 и цилиндр 1, с установленными в нем поршнями, штоками,
шипами и роликами, а также средство передачи крутящего момента.
Первое основание 2 представляет собой конструктивный элемент устройства, в частном случае выполненный в виде диска формы окружности. Первое основание 2 снабжено направляющей 3. Направляющая 3 выполнена в виде выступа в форме восьмерки с пазом 25. Направляющая 3 располагается на большей поверхности первого основания 2 по ее периметру, так что центр направляющей 3 лежит на оси первого основания 2. В частном случае направляющая 3 выполняется заодно с первым основанием 2.
Внутренняя поверхность паза 25, расположенного на направляющей 2, образована первой поверхностью 4, второй поверхностью 5 и нижней поверхностью 31. Первая поверхность 4 и вторая поверхность 5 поверхность являются цилиндрическими, с направляющими (имеется в виду элемент геометрического объекта, а не элемент данного устройства) в форме восьмерки и с образующими, параллельными оси первого основания 2. Первая поверхность 4 расположена ближе к оси первого основания чем вторая поверхность 4. Нижняя поверхность 31 имеет форму плоского эллиптического кольца и параллельна плоскости первого основания 2. Нижняя поверхность 31 расположена между первой поверхностью 4 и второй поверхностью 5. На первой поверхности 4, расположен первый выступ 30. На второй поверхности 5, расположен второй выступ 24. Второй выступ 24 прилегает к нижней поверхности 31, а первый выступ 30 - отстоит от нее на высоту второго выступа 24.
Средство передачи крутящего момента представляет собой основной вал 28, одним концом соединенный с центром первого основания 2 со стороны, противоположной направляющей 3, перпендикулярно плоскости первого основания 2, так, что ось основного вала 28 совпадает с осью первого основания 2. В частном случае основной вал 28 и первое основание 2 выполняются заодно.
Второе основание 34 представляет собой конструктивный элемент устройства, предназначенный для удержания цилиндра 1 в неподвижном
состоянии относительно места установки. Второе основание 34 является частью места установки, на которую крепятся неподвижные элементы устройства.
Цилиндр 1 представляет собой конструктивный элемент устройства, который состоит из замкнутой цилиндрической стенки 29, а также первой донной стенки 6 и второй донной стенки 20, соединенных по периметру с краями замкнутой цилиндрической стенки 29. Каждая донная стенка цилиндра 1 снабжена клапаном для подвода горючей смеси, клапаном для отвода отработанных газов и средством воспламенения. В замкнутой цилиндрической стенке 29 выполнено первое отверстие 27 и второе отверстие 33.
Цилиндр 1 расположен параллельно плоскости первого основания 2 со стороны направляющей 1, таким образом, что центральная точка оси цилиндра лежит на оси первого основания 2.
На внешней поверхности замкнутой цилиндрической стенки 29 выполнены ребра охлаждения 35. В частном случае ребра охлаждения 35 выполняются заодно с замкнутой цилиндрической стенкой 29.
В цилиндр 1 установлены четыре поршня. Каждый поршень представляет собой деталь цилиндрической формы, выполненную с обеспечением возможности плотного прилегания к внутренней поверхности замкнутой цилиндрической стенке 29 (все рассматриваемые поршни идентичны между собой). Первый поршень 8 и второй поршень 12 устанавливают по разные стороны от первого отверстия 27, так что первый поршень 8 располагается ближе к первой донной стенке 6 чем второй поршень 12. Третий поршень 14 и четвертый поршень 18 устанавливают по разные стороны от второго отверстия 33, так что четвертый поршень 18 располагается ближе ко второй донной стенке 20 чем третий поршень 14.
Первая донная стенка 6 и первый поршень 8 формируют первую камеру сгорания 7; второй поршень 12 и третий поршень 14 формируют вторую камеру сгорания 13; четвертый поршень 18 и вторая донная стенка 20
формируют третью камеру сгорания 19.
Поршни попарно соединены между собой при помощи штоков. Каждый шток представляет собой стержень цилиндрической формы (все рассматриваемые штоки идентичны между собой). Первый поршень 8 и второй поршень 12 соединены между собой с помощью первого штока 9. Третий поршень 14 и четвертый поршень 18 соединены между собой с помощью второго штока 17. Ось каждого штока совпадает с осью цилиндра 1.
В центре каждого штока перпендикулярно его оси установлен шип. Каждый шип представляет собой выступ на боковой поверхности штока, входящий в гнездо другой детали (все рассматриваемые шипы идентичны между собой). На первом штоке 9 установлен первый шип 10, на втором штоке 17 установлен второй шип 16. Все шипы расположены перпендикулярно плоскости первого основания 2. Каждый шип через соответствующее отверстие заведен в паз 25. Первое отверстие 27 и второе отверстие 33 выполнены с обеспечением возможности расположения шипов в пазу 25 при любом возможном положении первого основания 2.
На каждый шип установлено по два ролика. Каждый ролик представляет собой цилиндрический диск небольшого диаметра (все рассматриваемые ролики идентичны между собой). На первый шип 10 установлены первый ролик 11 и третий ролик 26, на второй шип 16 установлены второй ролик 15 и четвертый ролик 32. Ролики установлены таким образом, что первый ролик 11 и второй ролик 15 касаются первого выступа 30, а третий ролик 26 и четвертый ролик 32 касаются второго выступа 24.
С внешней стороны первой донной стенки 6 расположен вентилятор. Вентилятор состоит из приводного вала 22 и лопастей 23. Ось приводного вала 22 в частном случае совпадает с осью цилиндра 1. Лопасти 23 закреплены на конце приводного вала 22 перпендикулярно его оси.
Вентилятор и цилиндр 1 накрыты кожухом 21. Кожух 21 представляет собой жесткий легкосъемный корпус, не являющийся несущим элементом
конструкции. Кожух 21 закреплен таким образом, что не препятствует нормальной работе устройства.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом. Изготавливают первое основание 2 с направляющей 3 в форме восьмерки. Поршневой двигатель, содержит первый поршень 8, второй поршень 12, третий поршень 14, четвертый поршень 18, первый ролик 11, второй ролик 15, третий ролик 26, четвертый ролик 32, первый шток 9 с соединенным с ним в центральной части первым шипом 10 и второй шток 17 с соединенным с ним в центральной части вторым шипом 16, первое основание 2 с основным валом 28 и направляющей 3, а также второе основание 34 с закрепленным на нем цилиндром 1, состоящим из первой донной стенки 6, замкнутой цилиндрической стенки 29 и второй донной стенки 20, при этом основной вал 28 установлен в центре первого основания 2 перпендикулярно ему, направляющая 3 выполнена в виде замкнутой фигуры и снабжена соответствующим пазом 25, который ограничен нижней поверхностью 31 и противоположно расположенными первой поверхностью 4 и второй поверхностью 5, в замкнутой цилиндрической стенке 29 выполнены первое отверстие 27 и второе отверстие 33, причем первый поршень 8 и второй поршень 12 установлены в цилиндре 1 и соединены между собой при помощи первого штока 9, третий поршень 14 и четвертый поршень 18 соединены между собой при помощи второго штока 17, первый шип 10 через первое отверстие 27 заведен в паз 25, второй шип 16 через второе отверстие 33 заведен в паз 25, на первом шипе 10 установлен первый ролик 11 с обеспечением возможности его движения по направляющей 3, на втором шипе 16 установлен второй ролик 15 с обеспечением возможности его движения по направляющей 3, а первое основание 2 и цилиндр 1 установлены друг относительно друга с обеспечением возможности взаимного вращения, кроме того в цилиндре 1 образованы первая камера сгорания 7, ограниченная первой донной стенкой 6, первым поршнем 8 и частью замкнутой цилиндрической стенки 29, и вторая камера сгорания 13, ограниченна вторым поршнем 12 и
частью замкнутой цилиндрической стенки 29, третий поршень 14 и четвертый поршень 18 установлены в цилиндре 1, вторая камера сгорания 13 также ограничена третьим поршнем 14, в цилиндре 1 третья камера сгорания 19, ограниченна четвертым поршнем 18, второй донной стенкой 20 и частью замкнутой цилиндрической стенки 29, на первом шипе 10 дополнительно установлен третий ролик 26, а на втором шипе 16 дополнительно установлен четвертый ролик 32, на первой поверхности 4 образован первый выступ 30, а на второй поверхности 5 образован второй выступ 24, первый выступ 30 и второй выступ 24 образованы на разном расстоянии от нижней поверхности 31, при этом один ролик каждого шипа расположен с обеспечением возможности контакта с первым выступом, а другой ролик этого же шипа расположен с обеспечением возможности контакта со вторым выступом, замкнутая фигура, характеризующая выполнение направляющей 3, выполненной в форме восьмерки, с внешней стороны замкнутой цилиндрической стенки 29 выполнены ребра охлаждения 35, цилиндр 1 установлен таким образом, что центральная точка его оси лежит на оси первого основания 2.
В частном случае цилиндр 1 установлен стационарно, т.е. неподвижно относительно места установки. При этом первое основание 2 может совершать вращение вокруг своей оси. Основной вал 28 закрепляют одним концом в центре первого основания 2 со стороны, противоположной направляющей 3, перпендикулярно его плоскости. К цилиндру 1 подсоединяют средства подачи горючей смеси и средства отвода отработанных газов (с обеспечением необходимого доступа к первой камере сгорания, второй камере сгорания и третьей камере сгорания). Вентилятор устанавливается с внешней стороны первой донной стенки, таким образом, что ось приводного вала 22 совпадает с осью цилиндра 1. Кожух 21 устанавливается на второе основание 34.
При запуске устройства, например посредством стартера, основному валу 28, а следовательно, и первому основанию 2 задается вращение вокруг оси основного вала 28. Стартер работает в течение времени совершения такта впуска и сжатия первой (см. далее) группой поршней, затем производится
зажигание, и стартер отключается. В зависимости от очередности совершения тактов, поршни делятся на две группы: первая группа - первый 8 и четвертый 18 поршни; вторая группа - второй 12 и третий 14 поршни. Во время совершения такта рабочего хода и выпуска первой группой поршней сила, полученная за счет сжигания топлива, воздействует на первый 8 и четвертый 18 поршни, заставляя их двигаться в направлении центра. Посредством штоков и шипов сила передается на первый ролик 11 и третий ролик 15, которые, в свою очередь, воздействует на первый выступ 30. За счет выполнения направляющей 3 в форме восьмерки возникают окружные силы, которые создают крутящий момент на первом основании 2. После такта рабочего хода и выпуска поршни первой группы совершают такт впуска и сжатия, после чего снова совершают такт рабочего хода и выпуска. Поршни второй группы работают с отставанием на один такт от поршней первой группы, т.е. когда поршни первой группы совершают такт рабочего хода и выпуска поршни второй группы совершают такт впуска и сжатия. В каждый момент времени такт рабочего хода и выпуска совершают поршни только одной группы.
Приводной вал 22 вентилятора работает, в частном случае, от стороннего источника. Крутящий момент с приводного вала 22 передается лопастям 23. Вращение лопастей 23 создает воздушный поток, обдувающий ребра охлаждения 35.
Таким образом, выполнение устройства описанным выше методом обеспечивает повышение равномерности изменения силового воздействия на направляющую со стороны поршней за счет выполнения направляющей в виде восьмерки, а также упрощение конструкции, за счет использования только одного цилиндра.