ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания и может быть использована 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 повышенная температура двигателя.
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 четырехугольника с закругленными углами. 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 повышенная температура поршневой машины, за счет выполнения беговой дорожки в виде четырехугольника, т.е. с резкими перегибами. Во время движения роликов по беговой дорожке в момент преодоления точки перегиба повышается расход топлива. С повышением расхода топлива увеличивается общее тепловыделение.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение температуры двигателя.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг.1, 2), где на фиг.1 показана кинематическая схема устройства, на фиг.2 показан частичный поперечный разрез.
Раскрытие полезной модели
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного технического решения, где поршневой двигатель содержит первое основание со вторым валом и направляющей, выполненной замкнутой, и второе основание с закрепленными на нем двумя цилиндрами, при этом направляющая расположена таким образом, что ее плоскость вращения перпендикулярна оси второго вала, а оси цилиндров расположены в плоскости, параллельной плоскости вращения направляющей, в каждом цилиндре установлен соответствующий поршень, цилиндры установлены друг по отношению к другу центральносимметрично с противоположных сторон направляющей и второго вала и обращены в противоположные стороны от направляющей, второй вал установлен в первом и втором подшипниках во втором основании, в предложенном техническом решении к каждому соответствующему поршню одним из концов присоединен соответствующий шток, на свободном конце каждого штока расположен соответствующий шип, на свободном конце каждого шипа размещен соответствующий ролик, расположенный с обеспечением его контакта с направляющей, а с внешней стороны каждый цилиндр снабжен ребрами охлаждения, с наружной стороны второго основания установлен привод с первым валом и закрепленными на нем лопастями, так, что лопасти размещены с обеспечением обдува ими ребер охлаждения, причем направляющая выполнена в форме эллипса.
На чертеже обозначены: первое дно 1, первая цилиндрическая стенка 2, первый цилиндр 3, первый поршень 4, первый шток 5, первый ролик 6, второй цилиндр 7, вторая цилиндрическая стенка 8, второе дно 9, второй поршень 10, второй шток 11, третий ролик 12, первое основание 13, вторая поверхность 14, паз 15, выступ 16, третья цилиндрическая стенка 17, третий цилиндр 18, третье дно 19, третий поршень 20, третий шток 11, пятый ролик 22, четвертый цилиндр 23, четвертая цилиндрическая стенка 24, четвертое дно 25, четвертый поршень 26, четвертый шток 27, седьмой ролик 28, лопасти 29, первый вал 30, привод 31, ребра охлаждения 32, кожух 33, первый направляющий элемент 34, первая часть 35, первый подшипник 36, второй вал 37, второе основание 38, второй подшипник 39, вторая часть 40, первая поверхность 41, нижняя поверхность 42, второй ролик 43, первый шип 44.
Основными элементами устройства являются первое основание 13 с направляющей и второе основание 38 с закрепленными на нем четырьмя цилиндрами, с установленным в каждом цилиндре поршнем со штоком и роликами.
Первое основание 13 представляет собой конструктивный элемент устройства, в частном случае выполненный в виде диска. Первое основание 13 снабжено направляющей. Направляющая выполнена в виде выступа или паза 15 на одной из больших поверхностей первого основания 13.
В центральной части первого основания 13, перпендикулярно первому основанию 13, установлен второй вал 37. В частном случае второй вал 37 выполнен заодно с первым основанием 13.
Внутренняя поверхность паза 15 образована первой поверхностью 41, нижней поверхностью 42 и второй поверхностью 16. Первая поверхность 41, нижняя поверхность 42 и вторая поверхность 16 расположены последовательно в указанном порядке. Первая поверхность 41 расположена ближе ко второму валу 37, чем вторая поверхность 16. На первой поверхности 41 выполнен выступ 14. Образующая первой поверхности 41 параллельна оси второго вала 37. Образующая второй поверхности 16 параллельна оси второго вала 37.
Второе основание 38 представляет собой конструктивный элемент устройства, в частном случае выполненный из двух частей: первой части 35 и второй части 40. Первая часть 35 второго основания выполнена в виде диска. Вторая часть 40 второго основания также выполнена в виде диска.
В первой части 35, в ее центральной области, закреплен первый подшипник 36. Во второй части, в ее центральной области, закреплен второй подшипник 39. Второй вал 37 закреплен в указанных подшипниках. Второй вал 37 выполняет функцию средства передачи крутящего момента.
Первый цилиндр 3, второй цилиндр 7, третий цилиндр 18, четвертый цилиндр 23 представляют собой конструктивные элемента устройства, состоящие каждый из замкнутой цилиндрической стенки и дна. Каждое дно соответствующего цилиндра соединено по периметру с одним из краев соответствующей замкнутой цилиндрической стенки. Первый цилиндр 3 состоит из первой цилиндрической стенки 2 и первого дна 1. Второй цилиндр 7 состоит из второй цилиндрической стенки 8 и второго дна 9. Третий цилиндр 18 состоит из третьей цилиндрической стенки 17 и третьего дна 19. Четвертый цилиндр 23 состоит из четвертой цилиндрической стенки 24 и четвертого дна 25.
Первый цилиндр 3, второй цилиндр 7, третий цилиндр 18, четвертый цилиндр 23 закреплены на первой части 35 и второй части 40 второго основания 38. В частном случае, цилиндры расположены оппозитно и попарно ортогональны. Первый цилиндр 3 расположен симметрично третьему цилиндру 18 относительно оси первого основания и образует с ним первую пару. Второй цилиндр 7 расположен симметрично четвертому цилиндру 23 относительно оси первого основания и образует с ним вторую пару. Ось первой пары ортогональна оси второй пары. В общем случае, цилиндры одной пары могут не лежать на одной оси, но оси цилиндров должны быть параллельны и лежать в плоскости, параллельной плоскости первого основания 13. Минимальное количество пар цилиндров равно единице.
Снаружи каждой цилиндрической стенки выполнены ребра охлаждения 32. В частном случае ребра охлаждения 32 выполнены заодно с цилиндрической стенкой.
Первый цилиндр 3, второй цилиндр 7, третий цилиндр 18, четвертый цилиндр 23 могут быть снабжены каждый клапаном для подвода горючей смеси в цилиндр, клапаном для отвода отработанных газов и средством воспламенения. В частном случае клапан подачи горючей смеси, клапан для отвода обработанных газов и средство воспламенения расположены в дне каждого цилиндра.
Внутри каждого цилиндра установлен поршень. Первый поршень 4 представляет собой деталь цилиндрической формы. Первый поршень 4 совершает возвратно-поступательные движения внутри первого цилиндра 3. Второй поршень 10 представляет собой деталь цилиндрической формы. Второй поршень 10 совершает возвратно-поступательные движения внутри второго цилиндра 7. Третий поршень 20 представляет собой деталь цилиндрической формы. Третий поршень 20 совершает возвратно-поступательные движения внутри третьего цилиндра 18. Четвертый поршень 26 представляет собой деталь цилиндрической формы. Четвертый поршень 26 совершает возвратно-поступательные движения внутри четвертого цилиндра 23.
Первый поршень 4 выполнен с обеспечением возможности плотного прилегания к первой цилиндрической стенке 2. Второй поршень 10 выполнен с обеспечением возможности плотного прилегания ко второй цилиндрической стенке 8. Третий поршень 20 выполнен с обеспечением возможности плотного прилегания к третьей цилиндрической стенке 17. Четвертый поршень 26 выполнен с обеспечением возможности плотного прилегания к четвертой цилиндрической стенке 24.
Первый шток 5, второй шток 11, третий шток 21, четвертый шток 27 представляют собой конструктивный элемент устройства, поперечные размеры которого в несколько раз меньше его длины. Первый шток 5 одним своим концом присоединен к первому поршню 4. Второй шток 11 одним своим концом присоединен ко второму поршню 10. Третий стрежень 21 одним своим концом присоединен к третьему поршню 20. Четвертый шток 27 одним своим концом присоединен к четвертому поршню 26.
Движение штоков определяется направляющими элементами. Первый направляющий элемент 34 определяет направление движения первого штока 5 по оси первого цилиндра 3. Второй направляющий элемент (не указан) определяет направление движения второго штока 11 по оси второго цилиндра 7. Третий направляющий элемент (не указан) определяет направление движения третьего штока 21 по оси третьего цилиндра 18. Четвертый направляющий элемент (не указан) определяет направление движения четвертого штока 27 по оси четвертого цилиндра 24. Первый 34, второй, третий и четвертый направляющие элементы выполнены в форме вилок и закреплены на первой части 35 второго основания 38 перпендикулярно его плоскости.
Со свободными концами первого 5, второго 11, третьего 21 и четвертого 27 штоков соответственно соединены первый 44, второй (не указан), третий (не указан) и четвертый (не указан) шип. Каждый шип представляет собой выступ на торце или на боковой поверхности детали, входящий в паз, проушину или гнездо другой детали. В частном случае соответствующий шток и соответствующий шип выполняются как одно целое (например: первый шток 5 и первый шип 44 выполняются как одно целое). Первый, второй 44, третий и четвертый шип частично расположены в пазу 15 и перпендикулярны плоскости первого основания 13
На каждом шипе установлено по два ролика. Каждый ролик представляет собой цилиндрический диск небольшого диаметра. А именно, первый ролик 12 и второй ролик 43 установлены на первом шипе 44. Третий ролик 12 и четвертый ролик (не указан) установлены на втором шипе. Пятый ролик 22 и шестой ролик (не указан) установлены на третьем шипе. Седьмой ролик 28 и восьмой ролик (не указан) установлены на четвертом шипе.
На первой части 35 второго основания 38 установлен привод 31 вентилятора. Вентилятор состоит из лопастей 29, первого вала 30 и привода 31. Лопасти 29 закреплены на первом валу 30. Первый вал 30 установлен в приводе 31. Первый вал 30 соосен второму валу 37. С привода 31 на первый вал 30 передается крутящий момент. При вращении первого вала 30, лопасти 29 создают поток воздуха, который обдувает ребра охлаждения 32.
Лопасти 29 вентилятора защищены кожухом 33. Кожух 33 представляет собой жесткий легкосъемный корпус, не являющийся несущим элементом конструкции. Кожух 33 имеет прорези, что обеспечивает возможность подачи воздуха. Кожух 33 закреплен таким образом, что не препятствует нормальной работе устройства.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом. Изготавливают первое основание 13 с направляющей эллиптической формы и первую часть 35 и вторую часть 40 второго основания 38. Изготавливают необходимое количество цилиндров с поршнями, штоками, шипами и роликами. Цилиндры закрепляют на первой части 35 и второй части 40 второго основания 38, в частном случае, таким образом, что оси первого 3, второго 7, третьего 18 и четвертого 23 цилиндров пересекают ось второго вала 37 в одной точке и перпендикулярны ей. Первое основание 13 и первую 35 и вторую 40 части второго основания 38 устанавливают друг относительно друга с обеспечением возможности расположения роликов в пазу 15 направляющей и взаимного вращения первого основания 13 и второго основания 38 друг относительно друга. В частном случае второе основание 38 с цилиндрами установлено стационарно, т.е. неподвижно относительно места установки. При этом первое основание 13 может совершать вращение относительно второго основания 38. Второй вал 37 устанавливают в первый 36 и второй 39 подшипники. Ко дну каждого цилиндра подсоединяют средство подачи горючей смеси, средство отвода отработанных газов и средство воспламенения.
При запуске устройства, например, посредством стартера, второму валу 37, а, следовательно, и первому основанию 13 задается вращение вокруг их оси. Стартер работает в течение времени совершения такта впуска и сжатия поршнями первой (для простоты) пары цилиндров, затем производится зажигание, и стартер отключается. Во время совершения такта рабочего хода и выпуска поршнями первой пары цилиндров сила, полученная за счет сжигания топлива, воздействует на первый 4 и третий 20 поршень, заставляя их двигаться в направлении центра. Посредством первого 5 и третьего 21 штоков и первого 44 и третьего шипов сила передается на первый 6 и пятый 22 ролики, которые, в свою очередь, воздействует на выступ 14 первой поверхности 41 паза 15. За счет выполнения паза 15 в форме эллипса возникает пара окружных сил, которая создает крутящий момент на первом основании 13. После такта рабочего хода и выпуска поршни первой пары цилиндров совершают такт впуска и сжатия, после чего снова совершают такт рабочего хода и выпуска. Поршни второй пары цилиндров работают с отставанием на один такт от поршней первой пары, т.е. когда поршни первой пары цилиндров совершают такт рабочего хода и выпуска поршни второй пары цилиндров совершают такт впуска и сжатия. В каждый момент времени такт рабочего хода и выпуска совершают поршни одной пары цилиндров.
Привод 31 вентилятора работает от стороннего источника. В частном случае, привод 31 работает от второго вала 37. Крутящий момент с привода 31 передается лопастям 29 через первый вал 30. Вращение лопастей 29 создает воздушный поток, обдувающий ребра охлаждения 32 и понижающий таким образом температуру двигателя.
Кроме того, снижение температуры двигателя происходит за счет особой формы направляющей на первом основании 13. Выполнение направляющей в форме эллипса, т.е. без резких перегибов, обеспечивает равномерное движение роликов по направляющей. Вследствие этого уменьшается расход топлива. Следовательно, общее тепловыделение двигателя также уменьшается.
Снятие мощности осуществляется со свободного конца второго вала 37.
Таким образом, выполнение устройства описанным выше методом обеспечивает снижение температуры поршневой машины.