АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
AXIAL PISTON ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению, конкретнее к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенных в одной плоскости с осью ведущего вала, и с пространственно-качающейся наклонной шайбой.
Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий неподвижный корпус, цилиндры с двумя встречными поршнями в каждом, коренной вал с жестко закрепленными на нем дисками, на наружной поверхности которых через подшипники установлены пространственно-качающиеся шайбы, при этом поршни шарнирно соединены с шатунами, противоположные концы которых шарнирно соединены с качающимися шайбами, а оси цилиндров выполнены параллельными оси коренного вала, двигатель снабжен кольцами, каждая шайба соединена с одним из них посредством двух цапф, расположенных друг против друга на внутренней стороне кольца, кольца соединены с корпусом двумя другими цапфами, расположенными друг против друга с внешней стороны колец, и установлены с возможностью покачивания вокруг осей наружных цапф, расположенных на внутренней и внешней сторонах, перпендикулярны между собой и лежат в одной плоскости с центром вращения дисков и центром пространственного покачивания шайб (см. описание изобретения к патенту РФ №2125162, МПК 6 F01В 3/02, F02В 75/26, публикация 20.01.1999).
Недостатками этого двигателя являются недостаточно эффективный способ продувки выхлопных газов и наполнения цилиндров воздухом, а также недостаточная надежность узлов крепления шатунов.
Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий головку цилиндров компрессорной секции с впускными клапанами и с обратными клапанами на нагнетании воздуха, блок цилиндров компрессорной секции с поршнями и штоками с шарнирами, блок цилиндров рабочей секции с цилиндрами, с двумя встречными поршнями в каждом, с тремя группами камер сгорания, впускных, обратных и выпускных клапанов, форсунок, впускными и выпускными каналами, ведущий вал с шестерней привода распределительных валов, с жестко закрепленными на нем двумя встречно-наклонными дисками, на наружной поверхности которых через подшипники скольжения установлены пространственно-качающиеся шайбы (по одной на каждую пару цилиндров) с цапфами и удерживающиеся от вращения рычагами, качающимися в опорах, опорные поршни с шарнирами, жестко закрепленные через штоки с поршнями и движущиеся в направляющих цилиндрах, распределительные валы, воздушные ресиверы (см. описание изобретения к патенту РФ №2335647, МПК F01В 3/2, публикация 10.10.2008).
Недостатком этого двигателя, принятого за прототип, является недостаточная удельная мощность на единицу объема. Задачей заявляемого изобретения является повышение удельной мощности двигателя.
Сущность изобретения заключается в том, что аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:
- блок цилиндров с попарно диаметрально противоположно расположенными ступенчатыми цилиндрами с ступенчатыми поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом;
- коренной вал с жестко закрепленными на нем наклонными дисками;
- распределительный вал с кулачками;
- пространственно-качающиеся шайбы по одной на каждую пару цилиндров с цапфами, установленные через подшипники на наружной поверхности наклонных дисков;
- опоры с рычагами;
- головку цилиндров с форсунками, плунжерами, толкателями, с обратными клапанами, придерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала, с выпускными и впускными клапанами с разгрузочными полостями, соединенными с выпускными коллекторами каналами, с камерами сгорания изменяющегося объема, поршнями и камерами противодавления.
- гидравлические трубопроводы;
- впускные коллектора;
- компрессор;
- топливный насос.
Двигатель дополнительно содержит расположенные в блоке цилиндров полости сжатия воздуха, образуемые ступенчатыми цилиндрами и ступенчатыми поршнями, в которых происходят такты впуска и сжатия. Полости сжатия с обратными клапанами на входе и обратными клапанами на нагнетании воздуха соединены трубопроводами с клапанами минимального давления и обратными клапанами на входе воздуха в камеры сгорания. Камеры противодавления соединены между собой каналами. Клапаны минимального давления закрываются давлением воздуха. Рычаги жестко соединены с шарнирами, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф. Описание поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан аксиально-поршневой двигатель, общий вид в продольном разрезе;
на фиг.2 - то же, поперечный разрез А-А;
на фиг.3 - то же, поперечный разрез В-В;
на фиг.4 - то же, поперечный разрез С-С.
Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:
- блок цилиндров 1 с попарно диаметрально противоположно расположенными ступенчатыми цилиндрами 2 с ступенчатыми поршнями 3, шатунами 4 и шарнирами 5 с шатунными шейками 6 в каждом;
- коренной вал 7 с жестко закрепленными на нем наклонными дисками 8;
- распределительный вал 9 с кулачками 10;
- пространственно-качающиеся шайбы 11 (по одной на каждую пару цилиндров 2) с цапфами 12, установленные через подшипники 13 на наружной поверхности наклонных дисков 8;
- опоры 14 с рычагами 15;
- головку цилиндров 16 с форсунками 17, плунжерами 18, толкателями 19, с обратными клапанами 20, придерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала 21, с выпускными 22 и впускными 23 клапанами с разгрузочными полостями 24, соединенными с выпускными коллекторами 25 каналами 26, с камерами сгорания изменяющегося объема 27, поршнями 28 и камерами противодавления 29;
- гидравлические трубопроводы 30;
- впускные коллектора 31;
- компрессор 32;
- топливный насос 33.
Двигатель дополнительно содержит расположенные в блоке цилиндров 1 полости сжатия воздуха 34, образуемые ступенчатыми цилиндрами 2 и ступенчатыми поршнями 3, в которых происходят такты впуска и сжатия. Полости сжатия 34 с обратными клапанами 35 на входе и обратными клапанами 36 на нагнетании воздуха соединены трубопроводами 37 с клапанами минимального давления 38 и обратными клапанами 20 на входе воздуха в камеры сгорания 27. Камеры противодавления 29 соединены между собой каналами 39. Клапана минимального давления 38 закрываются давлением воздуха из канала 21. Рычаги 15 жестко соединены с шарнирами 5, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф 12.
Аксиально-поршневой двигатель работает следующим образом. При движении поршней 3 в цилиндрах 2 блока цилиндров 1 от В.М.Т. к Н.М.Т. через впускные коллектора 31, обратные клапана 35 происходит наполнение полостей сжатия 34 воздухом. Цикл впуска.
При движении поршней 3 от Н.М.Т. к В.М.Т. происходит сжатие воздуха в полостях сжатия 34. При достижении давления, равного давлению в трубопроводах 37, воздух вытесняется через обратные клапана 36, трубопроводы 37, клапана минимального давления 38, обратные клапана 20 в расположенные в головке цилиндров 16 камеры сгорания 27, и при достижении поршнями 3 В.М.Т. обратные клапаны 36, обратные клапаны 20 закрываются. Обратные клапаны 20 и обратные клапаны 36 удерживаются в закрытом положении давлением воздуха в каналах 21. Цикл сжатия.
Через форсунки 17 топливным насосом 33 впрыскивается топливо и воспламеняется. При повышении давления в камерах сгорания 27 выше заданного поршни 28 перемещаются из исходного положения в сторону камер противодавления 29, соединенных между собой каналами 39, предотвращая повышение давления в камере сгорания 27 выше заданного. Давление в камерах противодавления 29 и каналах 39 поддерживается компрессором 32 (на чертеже не показан). В то же время при приближении поршней 3 к В.М.Т. открываются впускные клапаны 23, начинается подача рабочего газа из камер сгорания 27 в цилиндры 2 блока цилиндров 1. Разгрузочные полости 24 с каналами 26 служат для предотвращения повышения давления с внутренней стороны впускных клапанов 23, создающего усилия, направленные на открытие впускных клапанов 23. Начало цикла рабочего хода. По мере движения поршней 3 от В.М.Т. к Н.М.Т. поршни 28 перемещаются в исходное положение, поддерживая давление в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2 неизменным. При достижении поршнями 28 исходного положения начинается снижение давления в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2. При выравнивании давления в камерах сгорания 27 и трубопроводах 37 начинается продувка камер сгорания 27 от выхлопных газов воздухом из трубопроводов 37 в рабочие цилиндры 2. При снижении давления в трубопроводах 37 до заданного клапаны минимального давления 38 закрываются давлением воздуха из канала 21. Давление в канале 21 поддерживается компрессором 32 (на чертеже не показан). При приближении поршней 3 к Н.М.Т. открываются выпускные клапаны 22, впускные клапаны 23 закрываются. Окончание цикла рабочего хода и начало цикла выпуска.
При движении поршней 3 от Н.М.Т. к В.М.Т. через выпускные клапаны 22 выпускные коллектора 25 происходит удаление выхлопных газов. При приближении поршней 3 к В.М.Т. закрываются выпускные клапаны 22. Окончание цикла выпуска.
Усилие поршней 3 через шатуны 4, шатунные шейки 6, шарниры 5 передается на цапфы 12 качающихся шайб 11, которые через подшипники 13 воздействуют на сбегающую сторону наклонного диска 8, вращая его с коренным валом 7 и распределительным валом 9. Рычаги 15, жестко соединенные с шарнирами 5, качающиеся в опорах 14 препятствуют вращению качающихся шайб 11. Управление впускными 23 и выпускными 22 клапанами осуществляется расположенными на распределительном валу 9 кулачками 10 через плунжеры 18, воздействующие через гидравлическую жидкость в трубопроводах 30 на толкатели 19.
Заявленное изобретение позволит увеличить удельную мощность двигателя.