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 повышенная концентрация напряжений.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является поршневая машина (патент РФ №2163973, дата публикации 10.03.2001). 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 повышенная концентрация напряжений при работе двигателя.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение равномерности изменения силового воздействия, а также уменьшение концентрации напряжений на валу.
Поставленная цель достигается за счет того, что в Поршневой двигатель, содержащий первое основание с валом, первой направляющей и вторую направляющую, а также второе основание с закрепленными на нем первым цилиндром, вторым цилиндром, третьим цилиндром и четвертым цилиндром, при этом вал установлен в центре первого основания перпендикулярно ему, в каждом цилиндре установлена соответствующая пара поршней, поршни в каждом цилиндре соединены друг с другом соответствующим штоком, в средней части каждого штока расположен соответствующий шип, первая направляющая и вторая направляющая выполнены в виде замкнутой фигуры и снабжены соответствующими пазами, паз первой направляющей ограничен первой нижней поверхностью и противоположно расположенными первой поверхностью и второй поверхностью, паз второй направляющей ограничен второй нижней поверхностью и противоположно расположенными третьей поверхностью и четвертой поверхностью, на каждом шипе установлены соответствующий ролик с обеспечением возможности их движения по соответствующей направляющей, а первое основание и второе основание установлены друг относительно друга с обеспечением возможности взаимного вращения, цилиндры установлены попарно, в каждой паре - центрально симметрично друг другу относительно оси вала, при этом центры первой направляющей и второй направляющей расположены на оси вала, отличающийся тем, что на каждом шипе установлен соответствующий дополнительный ролик, вторая направляющая расположена на первом основании с противоположной стороны первого основания по отношению к первой направляющей, замкнутая фигура, характеризующая выполнение направляющих, выполнена по форме эллипса, первая направляющая и вторая направляющая расположены так, что большая ось одной направляющей параллельна малой оси другой направляющей, пары цилиндров расположены с противоположных сторон первого основания симметрично друг другу, на первой поверхности образован первый выступ, а на второй поверхности образован второй выступ, первый выступ и второй выступ образованы на разном расстоянии от первой нижней поверхности, на третьей поверхности образован третий выступ, а на четвертой поверхности образован четвертый выступ, третий выступ и четвертый выступ образованы на разном расстоянии от второй нижней поверхности, 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.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг. 1, 2, 3), где на фиг. 1 показана кинематическая схема устройства с одной стороны, на фиг. 2 показана кинематическая схема устройства с противоположной стороны, на фиг. 3 показан частичный поперечный разрез.
Раскрытие полезной модели
На чертеже обозначены: первый цилиндр 1, первый поршень 2, первый шток 3, первый шип 4, первый ролик 5, второй поршень 6, второй цилиндр 7, третий поршень 8, второй шток 9, второй шип 10, третий ролик 11, четвертый поршень 12, первое основание 13, первая сторона 14, первая направляющая 15, вал 16, третий цилиндр 17, пятый поршень 18, третий шток 19, третий шип 20, пятый ролик 21, шестой поршень 22, четвертый цилиндр 23, седьмой поршень 24, четвертый шток 25, четвертый шип 26, седьмой ролик 27, восьмой поршень 28, вторая сторона 29, вторая направляющая 30, вторая поверхность 31, второй выступ 32, второй ролик 33, первый паз 34, первая нижняя поверхность 35, первый выступ 36, первая поверхность 37, четвертая поверхность 38, четвертый выступ 39, десятый ролик 40, второй паз 41, вторая нижняя поверхность 42, третий выступ 43, третья поверхность 44.
Основными элементами устройства являются первое основание 13 с первой направляющей 15 и второй направляющей 30 и второе основание с закрепленными на нем цилиндрами, с установленными в каждом цилиндре поршнями со штоками, шипами и роликами, а также средство передачи крутящего момента.
Первое основание 13 представляет собой конструктивный элемент устройства, в частном случае выполненный в виде диска. Большие поверхности первого основания 13 обозначены как первая сторона 14 и вторая сторона 29. Первое основание 13 снабжено двумя направляющими. Первая направляющая 15 и вторая направляющая 30 выполнены в виде одинаковых выступов в форме эллиптических колец с одинаковыми пазами сложной формы. Первая направляющая 15 и вторая направляющая 30 соответственно расположены на первой стороне 14 и второй стороне 29 первого основания 13. В частном случае направляющие выполняются совместно с первым основанием 13. Центр эллипса первой направляющей 15 и центр эллипса второй направляющей 30 лежат на оси первого основания 13. Первая направляющая 14 и вторая направляющая 29 расположены друг относительно друга таким образом, что большая ось эллипса первой направляющей 14 параллельна меньшей оси эллипса второй направляющей 29 (определения центра эллипса, большей оси и меньшей оси эллипса приведены на сайте http://m.wikipedia.org/wiki/%25DO%AD0/oD00/oBB0/oD00/oBB%D00/oB80/oDO%BF0/oDl0/o81 дата обращения 23.08.2013).
Внутренняя поверхность первого паза 34, расположенного на первой направляющей 15, образована первой поверхностью 37, второй поверхностью 31 и первой нижней поверхностью 35. Внутренняя поверхность второго паза 41, расположенного на второй направляющей 30, образована третьей поверхностью 44, четвертой поверхностью 38 и второй нижней поверхностью 42. Первая поверхность 37, вторая поверхность 31, третья поверхность 44 и четвертая поверхность 38 являются цилиндрическими с направляющими в форме эллипсов и с образующими, параллельными оси первого основания 13. Первая поверхность 37 расположена ближе к оси первого основания 13, чем вторая поверхность 31, а третья поверхность 44 - ближе чем четвертая поверхность 38. Первая нижняя поверхность 35 и вторая нижняя поверхность 42 имеют форму плоских эллиптических колец и параллельны плоскости первого основания 13. Первая нижняя поверхность 35 расположена между первой поверхностью 37 и второй поверхностью 31, а вторая нижняя поверхность 42 - между третьей поверхностью 44 и четвертой поверхностью 38. На первой поверхности 37, второй поверхности 31, третьей поверхности 44 и четвертой поверхности 38 соответственно расположены первый выступ 36, второй выступ 32, третий выступ 43 и четвертый выступ 39. Второй выступ 32 прилегает к первой нижней поверхности 35, а первый выступ 36 - отстоит от нее на высоту второго выступа 32. Четвертый выступ 39 прилегает ко второй нижней поверхности 42, а третий выступ 43 - отстоит от нее на высоту четвертого выступа 39.
Средство передачи крутящего момента представляет собой вал 16, установленный в центре первого основания 13 перпендикулярно его плоскости, так что ось вала 16 совпадает с осью первого основания 13. В частном случае вал 16 и первое основание 13 выполняются совместно.
Второе основание представляет собой конструктивный элемент устройства, предназначенный для удержания положения цилиндров друг относительно друга, а также относительно оси первого основания 13. Второе основание может представлять собой систему пластин или стержневую систему. В частном случае второе основание выполнено как пластины, соединяющие соответствующие стенки цилиндров между собой и объединенные в виде корпуса устройства. Первое основание 13 и второе основание установлены с обеспечением их взаимного вращения относительно друг друга. При этом одно из оснований, в частном случае - второе, может быть установлено неподвижно относительно места установки устройства.
Первый цилиндр 1, второй цилиндр 7, третий цилиндр 17 и четвертый цилиндр 23 представляют собой конструктивные элементы устройства. Каждый цилиндр состоит из замкнутой цилиндрической стенки и двух донных стенок (все рассматриваемые цилиндры идентичны между собой). Донные стенки каждого цилиндра соединены по периметру с краями замкнутой цилиндрической стенки этого цилиндра. Каждая донная стенка каждого цилиндра снабжена клапаном для подвода горючей смеси, клапаном для отвода отработанных газов и средством воспламенения. В цилиндрической стенке каждого цилиндра выполнено отверстие.
Первый цилиндр 1 и второй цилиндр 7 расположены относительно первого основания 13 со стороны первой направляющей 15, при этом оси этих цилиндров параллельны плоскости первого основания 13. Первый цилиндр 1 и второй цилиндр 7 расположены симметрично (или центрально симметрично) друг другу относительно оси первого основания 13.
Третий цилиндр 17 и четвертый цилиндр 23 расположены относительно первого основания 13 со стороны второй направляющей 30, при этом оси этих цилиндров параллельны плоскости первого основания 13. Третий цилиндр 17 и четвертый цилиндр 23 расположены симметрично (или центрально симметрично) друг другу относительно оси первого основания 13.
Первый цилиндр 1 симметричен третьему цилиндру 17 относительно первого основания 13. Второй цилиндр 7 симметричен четвертому цилиндру 23 относительно первого основания 13.
В каждый цилиндр установлено по два поршня. Каждый поршень представляет собой деталь цилиндрической формы, выполненную с обеспечением возможности плотного прилегания к внутренней стенке соответствующего цилиндра (все рассматриваемые поршни идентичны между собой). В первый цилиндр 1 установлены первый поршень 2 и второй поршень 6, во второй цилиндр 7 - третий поршень 8 и четвертый поршень 12, в третий цилиндр 17 - пятый поршень 18 и шестой поршень 22, в четвертый цилиндр 23 - седьмой поршень 24 и восьмой поршень 28.
Поршни, расположенные в одном цилиндре, соединены между собой с помощью соответствующего штока. Каждый шток представляет собой стержень цилиндрической формы (все рассматриваемые штоки идентичны между собой). Первый шток 3 соединяет первый поршень 2 и второй поршень 6, второй шток 9 - третий поршень 8 и четвертый поршень 12, третий шток 19 - пятый поршень 17 и шестой поршень 22, четвертый шток 25 - седьмой поршень 24 и восьмой поршень 28. Ось каждого штока совпадает с осью цилиндра, в котором он установлен.
В центре каждого соответствующего штока перпендикулярно его оси установлен соответствующий шип. Каждый шип представляет собой выступ на боковой поверхности штока в виде цилиндрического стержня малой длины (все рассматриваемые шипы идентичны между собой). Все шипы расположены перпендикулярно плоскости первого основания 13. Каждый шип через отверстие в цилиндрической стенке частично заведен в соответствующий паз, т.е. первый шип 4 и второй шип 10 заведены в первый паз 34, а третий шип 20 и четвертый шип 26 заведены во второй паз 41. Отверстия выполнены с обеспечением возможности расположения шипов в пазах при любом возможном положении первого основания.
На каждый соответствующий шип установлено по два соответствующих ролика. Каждый ролик представляет собой цилиндрический диск небольшого диаметра (все рассматриваемые ролики идентичны между собой). На первый шип 4 установлены первый ролик 5 и второй ролик 33, на второй шип 10 - третий ролик 11 и четвертый ролик, на третий шип 20 - пятый ролик 21 и шестой ролик 40, на четвертый шип 26 - седьмой ролик 27 и восьмой ролик. Ролики установлены таким образом, что каждый соответствующий ролик касается соответствующего выступа, т.е. первого выступа 36 касаются первый ролик 5 и третий ролик 11, второго выступа 32 - второй ролик 33 и четвертый ролик, третьего выступа 43 - пятый ролик 21 и седьмой ролик 27, четвертого выступа 39 - шестой ролик 40 и восьмой ролик.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом. Изготавливают первое основание 13 с первой направляющей 15 и второй направляющей 30 (обе - эллиптической формы) и второе основание. Изготавливают необходимое количество цилиндров с поршнями, штоками, шипами и роликами. Цилиндры соответствующим образом закрепляют на втором основании. Первый цилиндр 1 и второй цилиндр 7 располагают с первой стороны 14 первого основания 13, а третий цилиндр 17 и четвертый цилиндр 23 цилиндры - со второй стороны 29. Первое основание 13 и второе основание устанавливают друг относительно друга с обеспечением возможности расположения соответствующих роликов в соответствующих пазах первой направляющей 15 и второй направляющей 30 и осуществления взаимного вращения первого основания 13 и второго основания друг относительно друга. В частном случае второе основание с цилиндрами устанавливают стационарно, т.е. неподвижно относительно места установки. При этом первое основание 13 может совершать вращение относительно второго основания. Вал 16 устанавливают в центр первого основания 13 перпендикулярно его плоскости. К цилиндрам подсоединяют средство подачи горючей смеси, средство отвода отработанных газов и средство воспламенения.
При запуске устройства, например посредством стартера, валу 16, а следовательно, и первому основанию 13 задается вращение вокруг их оси. 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 поршень 2, третий поршень 12, шестой поршень 22 и восьмой поршень 28; вторая группа - второй поршень 6, четвертый поршень 12, пятый поршень 17, седьмой поршень 24. Во время совершения такта рабочего хода и выпуска первой группой поршней сила, полученная за счет сжигания топлива, воздействует на первый 2, третий 12, шестой 22 и восьмой 28 поршни, заставляя их двигаться. Посредством первого 3, второго 9, третьего 19 и четвертого 25 штоков и соответствующих шипов сила передается на первый 5, третий 11, шестой 40 и восьмой ролики, которые, в свою очередь, воздействует на первый 36 и четвертый 39 выступы. За счет выполнения первой 15 и второй 30 направляющих в форме эллипса возникают окружные силы, которые создают крутящий момент на первом основании 13. 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 совершают поршни только одной группы. За счет выполнения пазов направляющих сложной формы (с выступами) обеспечивается поочередное прилегание соответствующих роликов к соответствующим выступам с образованием зазора между другими соответствующими роликами и соответствующими выступами, что снижает нежелательное трение при работе устройства.
Таким образом, выполнение устройства описанным выше методом обеспечивает повышение равномерности изменения силового воздействия на направляющую со стороны поршней за счет выполнения направляющей в виде эллипса, а также уменьшение концентрации напряжения на валу (распределения крутящего момента по длине вала) за счет расположения цилиндров с двух сторон первого основания.