Поршневая машина

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(73) Патентообладатели Коничев Алексей Викторович, Толмачев Вячеслав Иванович(57) Поршневая машина в режиме двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с установленными в нем цилиндрами, поршнями с шатунами, механизмом газораспределения, смазки и охлаждения, отличающаяся тем, что она снабжена парой или более шатунами двойного действия, которые расположены симметрично с обеих сторон от штока поршня, а шатунные головки шатунов соединены с возможностью вращения с двумя параллельно и симметрично расположенными по отношению вертикальной оси поршней, коленчатых валов, причем штоковые головки в начале рабочего цикла расположены в верхней части по отношению к коленчатым валам, а в конце цикла - внизу, в средней части цикла оба шатуна расположены на одной горизонтальной оси по отношению к двум перпендикулярным осям коленчатых валов, причем коленчатые валы соединены между собой шатуном, а противовесы коленчатых валов выполнены в виде дисков и установлены в подшипниках исходя из этого, момент вращения коленчатых валов, расстояние между центрами коленчатых валов и расстояние между центрами головок шатунов определяются по формулам Фиг. 1 Т 2 ,где Т - момент вращения- сила давления на поршень расширяющихся газов 2 - число шатунов 574- расстояние между центрами головок шатунов- угол поворота шатунной шейки шатуна за один цикл от 0 до 720 градусов квп 2 ш 2 МЗ,где кв - расстояние между центрами коленчатых валов п - расстояние между центрами крепления головок шатунов к поршням 2 - число шатунов ш - расстояние между центрами головок шатунов МЗ - минимальный зазор между головкой шатуна и кривошипом коленчатого вала ш 2 кМЗ,где ш - расстояние между центрами головок шатунов к - радиус кривошипа коленчатого вала МЗ - минимальный зазор. Полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, то есть к двигателям внутреннего сгорания малой и большой мощности, устройству компрессоров, насосов. Известен двигатель с линейным возвратно-поступательным движением поршня во вращательное движение рабочего вала 1, содержащий корпус, один бескривошипный силовой вал, один элемент с линейным возвратно-поступательным движением. Силовой вал установлен с возможностью вращения в корпусе двигателя. Не вращающийся бескривошипный элемент соединен с силовым валом, а также со штоком. Недостатками известного двигателя являются сложность изготовления, большие габариты и масса, неуравновешенность. Наиболее близким к предлагаемому решению является двигатель 2, имеющий две пары крестообразно расположенных оппозитных цилиндров, в которых установлены поршни, коленчатый вал, штоки с поперечиной, два ролика, которые взаимодействуют с двумя поперечинами штоков двух пар поршней. Недостатками указанного двигателя являются сложность изготовления, большой вес и габариты, небольшой момент вращения, низкий КПД. Задачей, на решение которой направлена заявленная модель, является повышение конструктивной герметичности, степени сжигания и увеличение момента вращения до бесконечно большой величины, и КПД двигателя, технический результат, достигаемый при этом - высокая экономичность и потенциальная возможность работы на любом углеводородном топливе, возможность использования конструкции двигателя в качестве дизеля, компрессора, насоса. Задача решается следующим образом поршневая машина, в режиме двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с установленными в нем цилиндрами, поршнями с шатунами, механизмами газораспределения, зажигания, смазки и охлаждения и отличается в следующих существенных признаках поршневая машина снабжена парой или более шатунами двойного действия, которые расположены симметрично с обеих сторон штока поршня на равном расстоянии от его оси, обе штоковые головки шатунов закреплены на нем с возможностью вращения на угол больше 90 градусов, а шатунные головки шатунов закреплены в подшипниках на двух коленчатых валах, которые установлены параллельно и симметрично между собой на равном расстоянии от вертикальной оси поршня, штоковые головки в начале рабочего цикла находятся в верхней части по отношению к коленчатым валам, а в конце цикла - внизу. В шатунах двойного действия отсутствует типовое обозначение головок шатунов верхние и нижние головки шатунов, т.к. штоковые головки шатунов в начале цикла находятся в верхней части по отношению к коленчатым валам, а в конце цикла - внизу, а шатунные шейки шатунов в начале цикла - в нижней части по отношению к штоковым головкам шатунов, в конце цикла наоборот, штоковые головки шатунов находятся внизу по отношению к коленчатым валам, а шатунные шейки шатунов - вверху, в средней части цикла оба шатуна расположены на одной горизонтальной оси по отношению к двум перпендикулярным осям коленчатых валов, т.к. шатуны двойного действия за один рабочий ход поворачивают оба коленчатых вала на 490 . Исходя из этого, момент вращения двух коленчатых валов предлагаемой поршневой машины определяется по формуле Т 12,где Т - момент вращения коленчатых валов 2 5741 - сила давления на поршень расширяющихся газов 2 - число шатунов- расстояние между центрами головок шатунов- угол поворота шатунной шейки шатуна за один цикл от 0 до 720 . Как видно из формулы при изменении угладо 0 момент вращения Т увеличивается до бесконечно большой величины. Для синхронизации вращения и равномерного распределения момента вращения оба коленчатых вала соединены между собой шатуном, а их противовесы выполнены в виде дисков, установленных в подшипниках и одновременно выполняют функции опор средних шеек коленчатых валов и противовесов. Расстояние между центрами коленчатых валов и расстояние между центрами головок шатунов определяется по формулам квп 2 ш 2 МЗ,где кв - расстояние между центрами коленчатых валов п - расстояние между центрами крепления головок шатунов с поршнями ш - расстояние между центрами головок шатунов 2 - число шатунов 2 - два минимальных зазора МЗ - минимальный зазор между головкой шатуна икривошипом коленчатого вала ш 2 кМЗ,где ш - расстояние между центром головок шатунов 2 - радиуса кривошипа к - радиус кривошипа коленчатого вала МЗ - минимальный зазор. Конструкция поршневой машины позволяет использовать ее в качестве двигателя внутреннего сгорания компрессора или насоса. На фиг. 1 изображен разрез двигателя по оси Г-Г, на фиг. 2 - разрез по оси Н-Н на фиг. 1. Двигатель состоит из корпуса 1 с торцевыми крышками 2, 3. На корпусе 1 установлены два цилиндра 4, в которых размещены поршни 5, жестко соединенные со штоками 6. К штокам 6 жестко закреплены расположенные с одной стороны элементы 7, в которых на подшипниках 8 установлены верхние головки шатунов 9,взаимодействующие с шатунными шейками коленчатого вала. Диски 10 коленчатого вала выполняют роль средней коренной шейки и устанавливаются в корпусе 1, 11 подшипники нижних головок шатунов, подшипники 12, 13 дисков коленчатого вала. В крышках 2, 3 коленчатый вал 14 устанавливается на подшипниках 15. Две шатунные шейки коленчатых валов соединены шатуном 16, 17 положение штока в нижней мертвой точке. Двигатель работает следующим образом При сгорании рабочей смеси в камере сгорания цилиндра 4 происходит сгорание с расширением газов,действующих на поршень 5 цилиндра, и заставляют его перемещаться сверху вниз, а также как поршни 5 цилиндров жестко соединены между собой штоком 6, то поршень 5 в цилиндре движется снизу вверх. Шток 6 с поршнями 5 перемещается и подвижным элементом 7, жестко закрепленным на одной из его сторон, и воздействует на шатуны двойного действия 9 с подшипниками 8 и 11, соединенных с шейками коленчатых валов 14, и поворачивает его на угол до 490 . В это время шток 6 поршней 5 движется в обратном направлении и поворачивает валы 14 до 230 . Таким образом, цикл повторяется, приводя во вращение коленчатые валы 14 в подшипниках 12, 13, 15. Усилия, возникающие при вращении коленчатых валов 14, компенсируются расположением коленчатых валов 14 и шатунов двойного действия 9, а также шатуном 16, соединяющим шатунные шейки двух коленчатых валов. Использование роторного двигателя в сравнении с известными имеет следующие преимущества высокий КПД двигателя за счет высокой конструктивной герметичности, предельной компактности, самоуравновешенности кинематического механизма, уникальной системы смазки, охлаждения, высокого крутящего момента, низкой удельной массы, высокой экономичности и малой токсичности потенциальной возможности работы на любом углеводородном топливе низкая трудоемкость изготовления и себестоимость конструктивное модульное наращивание мощности путем параллельного или последовательного соединения нескольких таких двигателей, или увеличения диаметра или длины цилиндра двигателя причем конструкция двигателя позволяет использовать его в качестве компрессора, гидравлического или пневматического мотора или насоса. Простая конструкция двигателя позволяет изготовить его в небольших мастерских, что дает возможность изготовить очень дешевый и неприхотливый к топливу двигатель для народных автомобилей и других машин, в которых остро нуждается промышленность, сельское хозяйство и население Республики Беларусь. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.