механизм преобразования движения поршня во вращение вала поршневой машины

Формула изобретения

Механизм преобразования движения поршня во вращение вала поршневой машины с регулируемым ходом поршня, содержащий корпус, в котором размещен наклонный диск с подшипником, шток с по крайней мере одним поршнем, перемещающийся в направляющих и связанный с наклонным диском посредством шарнира и пальца, расположенного под прямым углом к оси штока, при этом ось шарнира наклонного диска лежит на хорде окружности с центром, совпадающим с центром вращения наклонного диска, ось штока проходит в общем случае через центр вращения наклонного диска, которым является точка, относительно которой вращается наклонный диск при различных положениях подшипника наклонного диска, отличающийся тем, что для передачи крутящего момента на штоке выполнено зубчатое колесо таким образом, что обеспечивается постоянное зацепление с зубчатым колесом вала при перемещении штока, а направляющие штока неподвижно закреплены в корпусе механизма.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится преимущественно к двигателестроению, а именно к механизму преобразования движения поршня во вращение вала поршневой машины с возможностью регулирования хода поршня.

Регулирование рабочего объема и степени сжатия ДВС является перспективным направлением в создании более экономичных и экологически чистых двигателей внутреннего сгорания.

Из опубликованной информации известно несколько достаточно сложных технических решений регулирования хода поршня в классическом кривошипно-шатунном механизме, например в патенте США 5201287, МКИ F 02 В 75/04, опубл. 13.04.93, а также в механизме, описанном в А. С. 1808057 СССР, МКИ F 16 H от 7.04.93 под названием "Механизм для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, позволяющий плавно изменять рабочий объем цилиндров при неизменной частоте вращения вала".

Наиболее близким по технической сущности является механизм, описанный в патенте 2117201 RU МКИ F 16 H 23/04 от 10.08.98, под названием "Механизм преобразования движения поршня во вращение вала поршневой машины". (Прототип. ) Механизм содержит корпус, размещенный в корпусе наклонный диск с подшипником и расположенный внутри наклонного диска шток в направляющих. Шток связан с наклонным диском посредством шарнира. При перемещении штока в направляющих от взаимодействия пальца штока с наклонным диском возникает крутящий момент, вращающий шток вместе с направляющими. От направляющей штока крутящий момент передается к валу. К недостатку механизма можно отнести то, что в двигателе с данным механизмом зазор между поршнем и цилиндром зависит от двух зазоров, а именно - от зазора между штоком и направляющей штока и зазора между направляющей штока и корпусом механизма. Передача крутящего момента от штока к валу осуществляется через промежуточную деталь - направляющую штока.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности механизма для преобразования движения поршня во вращение вала поршневой машины с регулируемым ходом поршня. Предложенный механизм позволяет конструировать поршневые машины, у которых поршень не контактирует со стенкой цилиндра, что открывает новые направления в области машиностроения.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном механизме преобразования движения поршня во вращение вала поршневой машины с регулируемым ходом поршня, содержащем корпус, направляющие штока, размещенный в корпусе механизма наклонный диск с подшипником и расположенный внутри наклонного диска шток, по крайней мере, с одним поршнем, шарнир с вкладышем, соединенный с наклонным диском посредством подшипников, для обеспечения возвратно-поступательного движения поршня с регулируемой амплитудой шток поршня выполнен с зубчатым колесом и с отстоящим под прямым углом к оси штока пальцем, входящим в отверстие вкладыша шарнира наклонного диска, и расположен внутри наклонного диска так, что, в общем случае, ось штока проходит через центр вращения наклонного диска. Большая ось шарнира проходит по хорде окружности в сечении наклонного диска, центр которой совпадает с центром вращения наклонного диска. При перемещении штока в направляющих в результате взаимодействия пальца штока через шарнир с наклонным диском возникает крутящий момент, который вращает шток вместе с наклонным диском и передается от зубчатого колеса штока, совершающего возвратно-поступательное движение с вращением, на зубчатое колесо. Длина зубчатого колеса штока выбрана таким образом, что оно постоянно находится в зацеплении с зубчатым колесом вала. Величина хода штока может регулироваться в необходимом интервале путем изменения положения подшипника наклонного диска в корпусе механизма относительно оси штока.

Главным отличием от прототипа является наличие зубчатого колеса на штоке и перемещение штока в неподвижных направляющих.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена поршневая машина с механизмом преобразования движения поршня во вращение вала с регулируемым ходом поршня. Она содержит корпус 1, размещенные в корпусе наклонный диск 2 с подшипником 3 и расположенный внутри наклонного диска шток 4 с зубчатым колесом 5, отстоящим под прямым углом к оси штока "О-О" пальцем 6 и поршнями 7, образующими с цилиндрами 8 рабочие объемы двигателя, направляющие штока 9, шарнир 10 с вкладышем 11, соединенный с наклонным диском 2 посредством подшипников. Зубчатое колесо 5 штока 4 входит в зацепление с зубчатым колесом 12 вала.

Подшипник 3 наклонного диска 2 сопряжен с корпусом механизма 1 таким образом, например, с помощью двух опор, оси которых лежат на продолжении диаметра наклонного диска, перпендикулярного оси штока, что может изменять угол наклона относительно оси штока с помощью червячного, гидравлического или другого исполнительного механизма, связывающего подшипник наклонного диска с корпусом механизма.

Максимальный ход штока определяется расстоянием от центра наклонного диска до оси шарнира и минимально возможным углом между плоскостью вращения наклонного диска и осью штока, который зависит от условий нагружения поршневой машины, прочностных характеристик используемых материалов, конструктивных особенностей поршневой машины.

Работает механизм следующим образом: при перемещении штока 4 в направляющих 9 от давления поршня 7 палец 6 штока 4 через шарнир 10 воздействует на наклонный диск 2. При нахождении штока между крайними положениями и угле между наклонным диском 2 и осью штока "О-О", отличном от прямого, возникает крутящий момент, вращающий шток 4 вместе с наклонным диском 2. От зубчатого колеса 5 штока 4 крутящий момент передается на зубчатое колесо 12 вала и далее к потребителю. Крайние положения шток проходит под действием сил инерции вращающихся масс. Ход штока 4 регулируется путем изменения угла между подшипником 3 наклонного диска 2 и осью штока "О-О" с помощью исполнительного механизма.

Предложенное техническое решение отличается простотой, надежностью в работе и является высокоэффективным средством регулирования ДВС с целью повышения экономичности и экологической чистоты эксплуатации поршневой машины, дает возможность использовать бензин с различными октановыми числами. Вращение поршня при перемещении в цилиндре окажет положительное влияние на протекание рабочего процесса. При зазоре между штоком и направляющей штока, меньшем, чем между поршнем и цилиндром, поршень не соприкасается с цилиндром. В этом случае при использовании вместо поршневых колец лабиринтного уплотнения значительно снижаются механические потери, появляется возможность отказаться от смазки цилиндра, уменьшить токсичность отработавших газов за счет исключения сгорания масла на стенках цилиндра, применять для цилиндров и поршней материалы со специальными свойствами, например керамику. Срок службы смазочного масла значительно увеличивается, так как масло не подвергается воздействию высоких температур продуктов сгорания.

Механизм обладает свойством обратимости и может использоваться в компрессорах и насосах для регулирования давления и подачи без изменения частоты вращения вала.

На основе механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршня с вращением в цилиндре во вращение вала поршневой машины с регулируемым ходом поршня могут быть реализованы различные схемы двигателей внутреннего сгорания.