Поршневой двигатель

(51)5 Р ТЕНИ АТЕ Н 9/О телеи,держит ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Заявка ФРГ йв 2519908, кл. Е 01опублик. 1976,Авторское свидетельство СССРМ 996734, кл. Е 01 В 9/04, 1983.Патент США М 4078439, кл.21/16, опублик. 1978.(57) Использование: в машиностроенпроектировании поршневых двигСущность изобретения; двигатель со рабочий вал 1 с эксцентриком, цилиндры 2, в которых расположены поршни 3. Последние жестко соединены со штоками 4. Бугель 5 также жестко соединен со штоками 4. Эксцентриковое кольцо 6 охватывает эксцентрик 7 рабочего вала и в свою очередь охватывается бугелем 5, Двигатель снабжен синхронизирующим устройством в виде планки 13 с шипом 14, жестко укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца 6, и кулисы 15 с продольным пазом, укрепленной на торцевой поверхности бугеля 5. Причем шип 14 планки 13 расположен в пазу кулисы 15. 2 ил,Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к поршневым двигателям, отличающимся кинематическимисвязями между поршнем и рабочим валом.Область применения маломощных поршневых двигателей этого типа необычайноширока, как в наземных разновидностяхтранспортных средств; мотоциклах, средствах малой механизации в сельском хозяйстве на приусадебных участках поселков, дач, 10так и на водном и воздушном транспортах;моторных лодках, глиссерах, виндсерфингах, мотодельтопланеризме, компрессорахи пускачах мощных газотурбинных двигателей самолетов и танков. 15Известен поршневой двигатель, содержащий коленчатый вал, цилиндр, поршень,размещенный в цилиндре и жестко соединенный посредством штока с бугелем, и эксцентриковое кольцо, свободно 20установленное по наружному диаметру в бугеле и на шатунной шейке сборного коленчатого вала.К недостаткам известного двигателяследует отнести следующее: в коленчатовальной схеме. сборной из трех гладких параллельных валов, для обеспечения еенормальной работы, кинематически, абсолютно необходима планетарная зубчатаяпара колес внутреннего зацепления, одно 30из которых - малое подвижно соединено сшатунной шейкой сборного коленчатого вала, другое - большое, венцовое неподвижнозакреплено в корпусе блока цилиндров,Техническое решение со сборным коленчатым валом и планетарной зубчатой парой шестерен внутреннего зацепления неоправдано сложное; металло- и энергоем-кое решение, потребует точное изготовление деталей конструкции, ему свойственная 40малая ремонтопригодность,Известен поршневой двигатель, содержащий рабочий вал, цилиндр, поршень, размещенный в цилиндреи жесткосоединенный посредством штока с бугелем, 45и эксцентриковое кольцо, установленноесвободно по наружному диаметру в бугеле,Рабочий вал двигателя выполнен в видеколенчатого вала, на шатунной шейке которого установлено свободно упомянутое эксцентриковое кольцо, а бугель выполнен ввиде ползуна, опирающегося на направляющие опоры скольжения,Применение коленчатого вала и ползуна с направляющими опорами усложняет 55конструкцию и технологию изготовлениядвигателя.Кроме того, в схеме этого двигателяимеет место явление самоторможения, которое чревато большим износом поверхностей трущихся пар, что приведет к задируэтих поверхностей, заклиниванию и поломке механизма.Известно также техническое решение, содержащее блок цилиндров, рабочий вал, поршни, размещенные в цилиндрах, соединенныхпоршневыми пальцами с проушинами рамки бугеля, эксцентриковое кольцо, установленное по наружному диаметру свободно вбугеле, а внутренним диаметром также свободно установлено на рабочем валу.Однако такое техническое решение металлоемко и недостаточно надежно в работе.Анализ схем механизмов со свободновращающимся эксцентриковым кольцомпоказал, что они обладают рядом серьезныхи существенных недостатков, исключающихвозможность какого-либо их практическогоприменения,Свободно вращающееся эксцентриковое кольцо, без дополнительного синхронизирующего устройства при свободном безнагрузки прокручивании вала двигателя,при движении автомобиля накатом или скатывании его под углом, эксцентриковоекольцо по разноске веса, при торможении сдвигателем в каком-то случае может занятьпо ходу поршня среднее положение, прикотором рабочий вал двигателя начнет вращаться вместе с эксцентриковым кольцом,как бы единое целое с ним, а бугель с порш-,нями окажутся неподвижными,Применение эксцентроштокового механизма со свободно вращающимся эксцентриковым кольцом, без дополнительногосинхронизирующего устройства, не толькобесперспективно, но вследствие возникающего нарушения норм и условий безопасности в эксплуатации непригодно ибезусловно недопустимо к использованию.Целью изобретения является обеспечение надежности и большого ресурсного срока службы.Цель достигается тем, что поршневойдвигатель, содержащий блок цилиндров, рабочий вал, поршни, размещенные в цилиндрах, жестко соединенные штоками сбугелем, и эксцентриковое кольцо, установленное по наружному диаметру в бугеле,снабжен планкой с шипом, укрепленной наторцевой поверхности эксцентриковогокольца, и кулисы с продольным пазом, закрепленной на торцевой поверхности бугеля, при этом шип планки эксцентриковогокольца расположен в продольном пазу кулисы бугеля,Использование заявляемого технического решения обеспечивает высокий коэффициент использования металла во всехтехнологических процессах изготовлениядеталей двигателя; малая металлоемкостьдеталей и всего двигателя в целом; экономия дефицитных антифрикционных цветных металлов и сплавов; в силу 5исключительной простоты основных трехдеталей механизма, последние обладаютнесравнимой ремонтопригодностью, чтоснизит затраты материалов и денежныхсредств и удешевит проведение ремонта; 10заявляемый поршневой двигатель с эксцентриковым механизмом и синхронизаторомявляется оригинальным, наиболее остроальтернативным техническим решением;автомобиль с таким двигателем действительно будет народным транспортнымсредством передвижения, массовым спросом, разнообразного использования; этотдвигатель в условиях НТР и перестройкинашего среднего автосельхозмашиностроения будет обладать высокой конкурентоспособностью и эксплуатационнойживучестью; двигатель на подшипниках качения обеспечивают легкий запуск его в условиях зимней эксплуатации и 25безгаражного хранения автомобиля; автомобиль с двигателем оппозитной компоновки цилиндров создает благоприятныеусловия для создания комфортных условийрабочего места водителя и интерьера пассажирского салона,МКак следствие из изложенного, автомобиль недалекого будущего с новым двйгателем будет обладать повышенной 35надежностью, безопасностью в эксплуатации, со значительно удлиненным ресурсным сроком службы,На фиг.1 изображен поршневой двига- .тель с эксцентроштоковым механизмом, с 40дополнительным синхронизирующим устройством в оппозитном выполнении; нафиг,2 - разрез А - А на фиг,1;Двигатель содержит рабочий вал 1 сэксцентриком изготовленным за одно целое 45с валом (или раздельно), блок цилиндров 2,в которомрасположены поршни 3, последние жесткосоединены со штоками 4, бугель5 также жестко соединен резьбой со штоками 4, эксцентриковое кольцо б по внутреннему диаметру подвижно установлено наэксцентрике 7 рабочего вала, на иглах 8, апо наружному диаметру подвижно установлено на роликах 9 в бугеле 5, На фиг.1 такжеобозначены: центр 10 рабочего вала 1, 55центр 11 эксцентрика рабочего вала 1 ицентр 12 эксцентрикового кольца 6, На этойже фиг.1 расположены три детали синхро-.низирующего устройства; планка 13 в сборес шипом 14: жестко укреплена на торцевой поверхности эксцентрикового кольца 6, а кулиса 15 с продольным пазом укреплена наторцевой поверхности бугеля 5.Иглы беговой дорожки бугеля 5 ограничены в осевом направлении боковыми буртиками бугеля 5, а круговая, цилиндрическая дорожка эксцентрикового кольца 6 в осевомнаправлении оказывается свободной. Эксцентриковое кольцо 6 ограничено от возможных боковых смещений буртиками беговой дорожки эксцентрика 7 эксцентрикового вала 1, изготовленного за одно целое с последним йстопорнФчй кольцами самогоэксцентрикового кольца 6.Ограничения и свобода кольца 6 и эксцентрика 7 в осевых направлениях относительно бугеля 5 продиктованы конструктивнымии технологическими требованиями, исключающими возможность возникновениявдоль соосных на рабочем валу неограниченных сил в механизме,"а также в целях облегчения сборки и разборки двигателя взатрудненных или неприспособленных полевых условиях эксплуатации и ремонта,Эксцентроштоковый механизм в видедвух эксцентриков установленных один вдругом с равными эксцентриситетамй, за- ключают в себе нижеследующие особенности, несмотряна равенство эксцентриситетов е 1 = е 2 они имеют разные углы скатывания, причем внутренний эксцентрик с эксцентриситетом е 1, его угол ока-" зывается на 25-30 о больше, чем тот же угол у наружного эксцентрикового кольца се 2.При конкретном подсчете этих углов в этом механизме применительно"к двигате= лям с ходом поршней 68-70 мм(е 1=ег-Л,5 мм) углы скатывания соответственнодля эксцентрика рабочего вала ар, получен равным 8 12, а для эксцентрикового кольца аэ. = о5 30. Эти углы для подшипников качения в принятом эксцентроштоковом механизме вполнедопустимы, так как они далеко отстоят от углов самозаклинивания.Эксцентриковое кольцо механизма без дополнительной синхронной связи с рабочим валом и бугелем является свободным оно обладает круговой степенью свободы. С возрастающим, ненормальным износом трущихся пар эксцентриковое кольцо вследствие переменного, быстро меняющегося режима работы поршневого двигателя будет опережать или отставать от начально заданных контрактных точек механизма,Опережение или отставание игл и роликов будет происходить переменно с возвратно обратимым переходом с трения качения на преобладающее трение скольжение.5 10 15 20 25 30 35 45 50 Переход одного вида трения надругоена больших окружных скоростях будет сопровождаться потерей скорости и их торможением, а значит, и перегревом игл ироликов, снижением их твердости, увеличивающимся износом и образованием их огран ности,Опережение и отставание одновременно скажется и на уменьшении угла скатывания, так приразностиуглоь а.в - а.к, призначении в 1,5-2 возникаетявление питтинга, наклепа поверхностей качения беговых дорожек обойм подшипников,огранность игл и роликов, далее происходитзаклинивание механизма и его поломка.Описываемый поршневой двигатель вчетырехтактном выполнении работает следующим образом.После заполнения цилиндрав такте всасывания топливовоздушной смесью последняя в такте сжатия с небольшимопережением зажигания воспламеняется.электрической запальной свечой.Сгорание топливовоздушной смеси сопровождается резким повышением давления сгоревших газов с последующимпятикратным или семикратным расширением. Поршень двигателя, как подвижнаястенка камеры сгорания цилиндра, поддействием давления сгоревших газов перемещается в направлении к рабочему валу ипередает усилие давления через шток набугель,Бугель 5, эксцентриковое кольцо 6 и эксцентрик 7 рабочего вала 1 в сложной кинематической и динамической связипреобразуют давление газов вкрутящий момент и далее последний передается рабочему валу.,Передвижение поршня 3 из одного крайнего положения в исходное проходит в той же последовательности, но в противоположном направлении,В заявленном поршневом двигателе с синхронизирующим устройством в виде планки 13 с шипом 14, укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца 6, вращающийся и одновременно возвратно-поступательно перемещающийся в подвижном соединении, в продольном пазу кулисы 15 бугеля 5, впервые будет осуществляться дополнительная дублирующая синхронная связь эксцентрикового кольца б с эксцентриком 7 рабочего вала 1.Зксцентриковое кольцо 6 в этой схеме не является свободным, не управляемымзвеном механизма, что исключает возможность эксцентричного положения эксцентоикового кольца 6 в обойме подшипника бугеля 5, ойережении его или отставания в динамике, что особенно важно и необходимо учесть с неизбежно нарастающим износом трущихся пар и подшипников качения механизма двигателя.Наличие несвободного эксцентрикового кольца 6 в механизме положительно повлияет на сбалансированность, уравновешивание дисбалансных масс эксцентрика 7 рабочего вала 1 и эксцентрикового кольца 6, крутящий момент которого в 4,5 раза больше крутящего момента эксцентрика 7 рабочего вала.Эксцентроштоковый механизм с синхронизацией эксцентрикового кольца б с рабочим валом 1 двигателя обеспечит нормальный износ его подшипников качения, исключит возможность самозаклинивания механизма, повысит надежность его работы и гарантирует больший ресурсный срок службы двигателя. Формула изобретения Поршневой двигатель, содержащий блок цилиндров, рабочий вал, поршни, размещенные в цилиндрах и жестко соединенные штоками с бугелем, и эксцентриковое кольцо, установленное по наружному диаметру в бугеле, о тл и ч а ю щи й с я тем,. что, с целью обеспечения надежности и большого "ресурсного срока службы, он снабжен синхронизирующим устройством, выполненным в вйде планки с шипом, укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца, и кулисы с предельным пазом, закрепленной на торцевой поверхности бугеля, при этом шип планки эксцентрикового кольца расположен в продольном пазу кулисы.1780547 орректор М,Максимиш дакт Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гага 10 аказ 4445 ВНИИП оставитель И.Алешинехред М.Моргентал Тираж дарственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб., 4/5