Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Техническим результатом является повышение экономичности и ресурса двигателя за счет уменьшения трения поршней о стенки цилиндра. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит коленвал с радиусом кривошипа, равным четверти хода поршня, размещенный на кривошипе эксцентрик с эксцентриситетом, равным четверти хода поршня, и ползун, надетый на эксцентрик и опирающийся на боковые поверхности картера. Ползун соединен с поршнем при помощи штока. Для прохождения «мертвых» точек механизм оснащен фиксаторами в виде подпружиненных роликов, которые позволяют вращаться коленвалу только в одну сторону, а эксцентрику - в противоположную. Например, на эксцентрике устанавливается упор в виде эвольвентного зуба или цилиндрического штифта, а на картере выполняются ответные впадины. 3 н.п. ф-лы, 13 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано на транспортных средствах: мотоциклах, автомобилях, речных судах, летательных аппаратах, а также в качестве привода стационарных энергетических установок.
Аналогом предлагаемому двигателю являются бесшатунные двигатели Баландина (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, 1972).
В бесшатунных двигателях Баландина в несколько раз снижаются потери на трение, значительно увеличивается КПД, повышается надежность и создаются условия для увеличения ресурса двигателей за счет снижения трения поршней о цилиндры вследствие применения бесшатунного механизма преобразования движения.
Механический КПД опытных бесшатунных моторов Баландина равен 94% против 75
85% двигателей с кривошипно-шатунными механизмами.
Прототипом является двигатель внутреннего сгорания Баландина, выполненный по схеме со спаренным эксцентриком (То же, стр.14. Рис. 11в).
Коленчатый вал этого двигателя аналогичен коленчатому валу кривошипно-шатунного двигателя, но имеет в два раза меньший радиус кривошипа. На шатунной шейке коленвала установлен спаренный эксцентрик. На эксцентрики устанавливаются ползуны, которые через штоки соединены с поршнями. Ползуны относительно друг друга расположены под углом 90°, поэтому двигатель может быть выполнен по Х и V-образным схемам.
Этот двигатель имеет недостатки. Так как эксцентрик спаренный, то двигатель невозможно выполнить рядным, расположить цилиндры в одной плоскости, что для автомобилестроения немаловажно. На коленвале невозможно выполнить среднюю опору между цилиндрами из-за спаренного эксцентрика, поэтому двигатель имеет небольшой ресурс. Двигатель сложен в изготовлении.
Изобретение направлено на устранение перечисленных недостатков.
Техническим результатом для всех трех вариантов является повышение экономичности и ресурса двигателя за счет уменьшения трения поршней о стенки цилиндра. Сущность изобретения заключается в том, что каждый цилиндр двигателя оснащен своим эксцентриком, расположенным на кривошипе коленвала, а также оснащен фиксаторами для прохождения средних «мертвых» точек. Для недопустимости обратного вращения коленвала на его коренной шейке также установлен фиксатор. Как вариант, для прохождения «мертвых» точек на эксцентрике устанавливается упор в форме эвольвентного зуба или в форме штифта, а в картере выполнены ответные впадины. Сущность изобретения поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 показан описываемый бесшатунный двигатель;
на фиг.2 - то же, разрез по А-А фиг.1;
на фиг.3 - то же, при положении поршня в средней правой «мертвой» точке;
на фиг.4 - то же, при положении поршня в средней левой «мертвой» точке;
на фиг.5 - то же, момент прохождения поршнем средней правой «мертвой» точки по инерции;
на фиг.6 - двигатель, разрез по Б-Б фиг.1;
на фиг.7 показаны силы, действующие при пуске двигателя в момент прохождения поршнем средней правой «мертвой» точки;
на фиг.8 показаны силы, действующие при пуске двигателя в момент прохождения поршнем средней левой «мертвой» точки;
на фиг.9 показано прохождение средней «мертвой» точки эксцентриком с упором в форме эвольвентного зуба;
на фиг.10 показано взаимное расположение зубьев и впадин:
- а - 15° до средней «мертвой» точки;
- 6 - 30° после средней «мертвой» точки;
на фиг.11 - показан пример выполнения упора эксцентрика в форме штифта;
Фиг.12 - поршень с ползуном и штоком, выполненные одной деталью;
Фиг.13 - четырехцилиндровый поршневой, бесшатунный двигатель.
Двигатель состоит из картера 1 (см. Фиг.1 и 2), в котором находится механизм преобразования движения, состоящий из коленвала 2, эксцентрика 3, ползуна 4, штока 5. Шток соединен с ползуном через палец 6. К картеру крепится цилиндр 7, в котором установлен поршень 8 с поршневыми кольцами 9. Поршень соединен со штоком поршневым пальцем 10. К цилиндру крепится головка цилиндра 11, на который установлена свеча зажигания 12, впускной и выпускной клапаны 13, 14. На картере выполнены направляющие поверхности 15 для ползуна. В ползуне установлены ролики 16, фиксируемые пружинами 17. На двигателе установлены система охлаждения, система смазки, система топливопитания, система пуска, механизм газораспределения, как на обычных поршневых двигателях внутреннего сгорания.
Особенностью предлагаемого двигателя является то, что он имеет четыре «мертвые» точки. Верхняя «мертвая» точка - при положении поршня в крайнем верхнем положении. Нижняя «мертвая» точка - при положении поршня в крайнем нижнем положении. Средняя-правая «мертвая» точка - при положении поршня в середине между крайними положениями, при этом кривошип коленвала повернут вправо на 90° от оси цилиндра. Средняя-левая «мертвая» точка при положении поршня в середине между крайними положениями, при этом кривошип коленвала повернут влево на 90° от оси цилиндра. Средние правая и левая «мертвые» точки показаны на Фиг.3 и 4. Прохождение «мертвых» точек работающего двигателя происходит за счет инерционных сил. На Фиг.5 показан момент прохождения средней-правой «мертвой» точки. Поршень двигается вниз, коленвал вращается вправо, эксцентрик вращается влево и проходит среднюю «мертвую» точку за счет инерционной силы 18 от поршня, ползуна, штока и эксцентрика.
Для прохождения средних «мертвых» точек неработающего двигателя, например в момент пуска двигателя, в ползуне установлены фиксаторы, которые состоят из роликов и пружин. Фиксаторы позволяют вращаться эксцентрику только в одну сторону. Для недопущения вращения коленвала в обратную сторону на картере в опоре коренной шейки коленвала установлены фиксаторы (см. Фиг.6), состоящие из роликов 19 и пружин 20.
Действие сил при прохождении средней-правой «мертвой» точки при пуске двигателя показано на Фиг.7. При пуске двигателя пусковое устройство сообщает коленвалу угловую скорость 
, при этом кривошип коленвала действует в точке А на эксцентрик с силой Р. Ролик 16 фиксирующего устройства, находящийся справа, тормозит эксцентрик 4 в точке В. Сила Р на плече L создает момент М, который вращает эксцентрик. Эксцентрик, вращаясь, двигается вниз, тянет за собой ползун, который через шток двигает поршень со скоростью v.
Действие сил при прохождении средней-левой «мертвой» точки при пуске двигателя показано на Фиг.8. При пуске двигателя пусковое устройство сообщает коленвалу угловую скорость
Для прохождения средних «мертвых» точек в момент пуска двигателя (как вариант) на эксцентрике можно установить упор в виде зуба или штифта, а на картере сделать упор в виде выемки. Прохождение средней «мертвой» точки эксцентрика с упором, выполненным в форме зуба, показано на Фиг.9. Эвольвентный зуб 21 выполняется за одно целое с эксцентриком или изготавливается отдельной деталью и закрепляется на эксцентрике со стороны кривошипа. На картере выполнены напротив кривошипа в средней левой и правой «мертвых» точках две выемки 22 в форме впадин шестерен с внутренним зубчатым зацеплением. Д1 - делительный диаметр для зуба. Д2 - делительный диаметр впадин. Делительный диаметр зуба Д1 равен половине диаметра Д2 впадин.
На Фиг.10,а показано положение зуба эксцентрика в момент 15° до средней «мертвой» точки. На Фиг.10,б показано положение зуба эксцентрика в момент - 30° после средней мертвой точки поворота кривошипа коленвала.
На Фиг.11 упор эксцентрика выполнен в форме штифта 23, диаметр Д1 равен половине диаметра Д2, поэтому впадина 24 имеет форму цилиндрической галтели. При любом другом отношении диаметров Д1 к Д2 впадина будет иметь вид циклоиды.
Упоры в виде зубьев или штифтов можно разместить на картере, а впадины выполнить на эксцентрике.
Детали - поршень, поршневой палец, шток, палец штока, ползун - можно выполнить одной целой деталью, как у двигателей Баландина. Такая деталь показана на Фиг.12.
Работа предлагаемого двигателя не отличается от работы поршневого двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом.
Двигатель может быть двухтактным или четырехтактным, может быть бензиновым или дизельным.
Отличительной особенностью предлагаемого бесшатунного двигателя является то, что он может быть рядным или оппозитным, а при выполнении двигателя четырехцилиндровым двигатель полностью уравновешен. Инерционные силы поршней, эксцентриков, ползунов соответственно попарно направлены друг к другу, поэтому взаимно компенсируются. Возникающий момент пары сил M1 от поршней П1 и П2 компенсируется моментом М2 от поршней П3 и П4 (см. Фиг.13).
Преимущество предлагаемого двигателя перед двигателем с кривошипно-шатунным механизмом - в уменьшении трения поршней о стенки цилиндров, в результате чего в несколько раз снижаются суммарные потери мощности на трение, значительно увеличивается коэффициент полезного действия, улучшается экономичность, повышается моторесурс.
Предлагаемый двигатель можно легко построить из автомобильного двигателя. Необходимо заменить коленвал автомобиля на коленвал с кривошипами с уменьшенным в два раза радиусами, в картере необходимо выполнить направляющие плоскости для ползунов. Установить ползуны с эксцентриками на кривошипы. В ползуны и в опору коленвала установить фиксаторы (шарики или ролики с пружинами).
Увеличение себестоимости изготовления двигателя окупается экономией топлива и увеличением ресурса по предварительным расчетам в два-три раза.
1. Поршневой, бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из картера, к которому крепится цилиндр, с размещенным в нем поршнем с поршневыми кольцами, закрепленной к цилиндру головкой с камерой сгорания и свечей зажигания, механизмом газораспределения, системой смазки, системой охлаждения, системой пуска, системой топливопитания, механизмом преобразования прямолинейного движения во вращательное движение, состоящего из коленвала с кривошипом, равным четверти хода поршня, эксцентриком с эксцентриситетом, равным четверти хода поршня, размещенным на кривошипе, ползуна, надетого на эксцентрик, опирающегося на опорные плоскости, выполненные в картере, отличающийся тем, что, с целью упростить конструкцию и уменьшить механические потери, для каждого цилиндра выполняется отдельный эксцентрик, который фиксируется для прохождения «мертвых» точек подпружиненными роликами, установленными в отверстиях, выполненных в ползунах по касательной к диаметру эксцентрика, для недопущения вращения коленвала в нерабочую сторону, в опоре картера шейки коленвала установлены подпружиненные ролики.
2. Поршневой, бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из картера, к которому крепится цилиндр, с размещенным в нем поршнем с поршневыми кольцами, закрепленной к цилиндру головкой с камерой сгорания и свечей зажигания, механизмом газораспределения, системой смазки, системой охлаждения, системой пуска, системой топливопитания, механизмом преобразования прямолинейного движения во вращательное движение, состоящего из коленвала с кривошипом, равным четверти хода поршня, эксцентриком с эксцентриситетом, равным четверти хода поршня, размещенным на кривошипе, ползуна, надетого на эксцентрик, опирающегося на опорные плоскости, выполненные в картере, отличающийся тем, что для прохождения «мертвых» точек на эксцентрике устанавливается упор в форме эвольвентного зуба, а в картере имеются две выемки в форме эвольвентных впадин, расположенные напротив друг друга в плоскости оси коленвала, перпендикулярной плоскости цилиндра, при этом диаметр делительной окружности зуба в два раза меньше делительного диаметра впадин.
3. Поршневой, бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из картера, к которому крепится цилиндр, с размещенным в нем поршнем с поршневыми кольцами, закрепленной к цилиндру головкой с камерой сгорания и свечей зажигания, механизмом газораспределения, системой смазки, системой охлаждения, системой пуска, системой топливопитания, механизмом преобразования прямолинейного движения во вращательное движение, состоящего из коленвала с кривошипом, равным четверти хода поршня, эксцентриком с эксцентриситетом, равным четверти хода поршня, размещенным на кривошипе, ползуна, надетого на эксцентрик, опирающегося на опорные плоскости, выполненные в картере, отличающийся тем, что для прохождения «мертвых» точек на эксцентрике устанавливается упор в форме штифта, а в картере выполняются две выемки, расположенные напротив друг друга в плоскости оси коленвала, перпендикулярной плоскости цилиндра, форма которых может быть цилиндрической или циклоидной в зависимости от отношения диаметров, на которых расположены штифт и впадины.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям с передачей движения посредством криволинейных поверхностей. Техническим результатом является повышение надежности при уменьшении механических потерь. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр с криволинейными пазами на его цилиндрической поверхности, поршень со штоком и передаточный механизм. Согласно изобретению, поршень соединен шарнирно со штоком, расположенным на оси, на обоих концах которой по разные стороны штока установлены по два подшипника качения. При этом внутренние по отношению к штоку подшипники опираются на криволинейный профиль шайбы, установленной в корпусе двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра. Кроме того, свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения. 2 ил. 
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве источника механической энергии в машиностроении и механизмах наземного, водного и воздушного транспорта, а также в мобильных и стационарных энергетических установках различного назначения.
Известны следующие конструкции бескривошипных и бесшатунных двигателей внутреннего сгорания.
Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания согласно патенту РФ №2156871, МПК 7 F 02 В 75/26, опубл. 27.09.2000 г. содержит цилиндр, гильзу и поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочетание с криволинейным бесконечным пазом, выполненным на наружной поверхности поршня. На выходном валу установлена пружина, имеющая предварительное сжатие. Один конец пружины опирается на буртик выходного вала, а другой - на нижний торец юбки поршня.
Основными недостатками такого двигателя являются следующие:
- установленная в двигателе пружина лишь частично снижает значения контактных напряжений;
- на режимах частичных нагрузок ввиду установки пружины, отрегулированной под номинальный режим, происходит сбой в работе двигателя. Это объясняется тем, что для каждого режима нагрузки требуется установка пружины соответствующей жесткости.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями по патенту РФ №2117172, МПК 6 F 02 В 75/32, 75/26, 75/28, F 01 В 9/06 содержит цилиндр с криволинейными бесконечными пазами на его внутренней поверхности, поршень, связанный с цилиндром при помощи сферических тел и взаимодействующий через шестерни с выходным валом, камеру сгорания, топливную систему, механизм газораспределения, передаточный механизм. Согласно изобретению на боковой поверхности поршня выполнен бесконечный криволинейный паз, соответствующий по форме и амплитуде упомянутому пазу цилиндра, кроме того, двигатель снабжен, по крайней мере, одной дополнительной парой сферических тел, при этом все сферические тела расположены попарно диаметрально противоположно.
Недостатком данного двигателя является ограниченная надежность в связи с восприятием двигателем высоких динамических нагрузок.
Наиболее близкой к предлагаемому двигателю является конструкция бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, который содержит цилиндр с пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм, камеру сгорания, форсунку, механизм газораспределения, патент РФ №2057948, МПК 6 F 01 В 9/06, F 02 В 75/32. Согласно изобретению передаточный механизм выполнен в виде установленных в поршне роликов, взаимодействующих с пазами цилиндра, выполненными криволинейными и бесконечными неперекрещивающимися, а поршень связан со штоком, несущим шестерню, причем шток имеет возможность продольного перемещения относительно упомянутой шестерни, предназначенной для взаимодействия с шестерней выходного вала.
Изобретение решает задачу повышения надежности работы при высоких динамических нагрузках, повышения возможности форсировки (увеличения мощности) за счет увеличения рабочего хода, уменьшения механических потерь за счет снижения трения в паре поршень - цилиндр.
Основными недостатками такого двигателя являются следующие:
- значительные контактные напряжения в работе передаточного механизма снижают ресурс двигателя;
- при нецелесообразности использования двухцилиндровых двигателей в случае применения их на маломощную сельскохозяйственную технику проектирование одноцилиндрового двигателя вынуждает использовать поперечно-щелевое газораспределение, соответствующее петлевой схеме газообмена с присущим ей недостатком - ухудшением качества газообмена, при котором возникают потери свежего заряда при наполнении.
В основу предлагаемого изобретения положено решение технической задачи, заключающееся в уменьшении контактных напряжений за счет увеличения линии контакта в передающем механизме.
Решение технической задачи достигается тем, что в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр с криволинейными пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм, камеру сгорания, механизм газораспределения, поршень со штоком, согласно изобретению поршень соединен шарнирно со штоком, расположенным на оси, на обоих концах которой по разные стороны штока установлены по два подшипника качения, при этом внутренние по отношению к штоку подшипники опираются на криволинейный профиль шайбы, закрепленной в корпусе двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра, кроме того, свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения.
Особенность двигателя состоит в том, что выполнение шайбы, имеющей криволинейный профиль, позволяет увеличить линию контакта в работе передаточного механизма, тем самым значительно уменьшить значение контактных напряжений.
Конструктивная схема также обеспечивает техническое преимущество, заключающееся в том, что на концах оси можно устанавливать подшипники качения различной конструкции, способные воспринимать ударные радиальные нагрузки, как следствие, уменьшая при этом значения контактных напряжений.
Новая конструктивная схема позволяет реализовать четырехтактный цикл при изменении передаточного отношения в конической передаче и введением дополнительного кулачка в механизм газораспределения.
В предлагаемой конструкции свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения, при котором обеспечивается щелевое газораспределение, соответствующее прямоточной клапанно-щелевой схеме, имеющей в преимуществе высокое качество газообмена.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дан продольный разрез бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, на фиг.2 - развертка криволинейного профиля торца шайбы.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с криволинейными пазами, гильзу 2, поршень 3, шарнирно соединенный со штоком 4, который расположен на оси 5. На противоположных концах оси, запрессованной в штоке, установлены по два подшипника качения, причем внутренние по отношению к штоку подшипники 6 опираются на криволинейный профиль шайбы 7, установленной в корпусе 8 двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники 9 опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра. В совокупности подшипники качения и криволинейный профиль шайбы представляет собой передаточный механизм. Поршень при положении в верхней мертвой точке в совокупности с цилиндром и головкой 10 с установленной свечой зажигания 11 образуют камеру сгорания 12. Свободный конец штока через шлицевую втулку 13 с конической шестерней соединен с конической шестерней 14 кулачкового вала 15 механизма газораспределения, который содержит следующие основные детали: толкатель 16, штангу 17, рычаг-коромысло 18, контргайку 19, регулировочный винт 20, втулку 21, ось коромысла 22 и клапан 23.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания работает по двухтактному циклу с прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена.
Принцип действия бесшатунного двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем. В процессе сгорания и расширения газы (рабочее тело), находящиеся в цилиндре, побуждают поршень к перемещению из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. При этом нагрузка воспринимается передаточным механизмом, включающим криволинейный профиль шайбы и подшипник качения. За счет увеличения линии контакта происходит уменьшение контактных напряжений и установка второго подшипника, контактирующего с кривошипным пазом, выполненным в цилиндре, обеспечивает распределение нагрузки. Выходной вал в продольном направлении остается неподвижным, а поршень с сочлененным штоком, нижний конец которого находится в шлицевом соединении с выходным валом, имеет возможность движения вдоль вала. Таким образом, возвратно-поступательное движение поршня непосредственно преобразуется во вращательное, причем оба движения взаимно обусловлены и осуществляются одновременно. Далее вращательное движение шлицевой втулки передается на кулачковый вал механизма газораспределения посредством конической передачи. Толкатель передает штанге осевое усилие от кулачка распределительного вала. При этом толкатель боковой поверхностью воспринимает возникающие боковые усилия. Далее штанга передает усилие от толкателя на клапан через двуплечий рычаг коромысла. Перемещение поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точки обеспечивается за счет энергии, накопленной маховыми массами.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания может быть использован в качестве ДВС для транспортных машин и других мобильных и стационарных потребителей, а также насоса или компрессора для создания избыточного давления рабочего тела и транспортировки (перекачки) газов, жидкостей, взвесей, смесей, суспензий и других агентов в различных отраслях промышленности и хозяйства.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с криволинейными пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм, камеру сгорания, механизм газораспределения, поршень со штоком, отличающийся тем, что поршень соединен шарнирно со штоком, расположенным на оси, на обоих концах которой по разные стороны штока установлены по два подшипника качения, при этом внутренние по отношению к штоку подшипники опираются на криволинейный профиль шайбы, установленной в корпусе двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра, кроме того, свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности газораспределительного механизма без увеличения его габаритов. Согласно изобретению в корпусе бесшатунного двигателя внутреннего сгорания размещены цилиндры с поршнями и выходной вал, на котором установлен газораспределительный механизм, выполненный в виде впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса внутреннего зацепления. На впускных и выпускных эксцентриках установлены подшипники, в наружных кольцах которых выполнены радиальные пазы, взаимодействующие с подпружиненными впускным и выпускным клапанами. При этом концы штоков клапанов выполнены в виде полусфер. Зубчатое колесо внутреннего зацепления взаимодействует через промежуточные шестерни с центральной шестерней, закрепленной на выходном валу. Передаточное отношение зубчатого колеса внутреннего зацепления и центральной шестерни равно 2:1. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 
Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в различных отраслях.
Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (патент RU №2006627, кл. F02В 75/32, 1994.01.30), содержащий корпус с боковыми крышками, в которых с двух сторон выполнены опоры кривошипных шестерен, выходной вал с закрепленной на нем по крайней мере одной шестерней, цилиндры, в которых установлены кинематически связанные с кривошипными шестернями при помощи пальцев поршни со штоками, взаимодействующими с дополнительными кулисами, выполненными с одной стороны с цилиндрическими выступами, а с другой - с осевыми отверстиями, а также газораспределительную систему, состоящую из впускных и выпускных окон, выполненных в цилиндрах на разном уровне, впускных и выпускных трубопроводов, отлитых за одно целое с корпусом двигателя, расположенных в рубашке.
Недостатком такого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания является наличие в нем поршня со штоком, взаимодействующим с кулисами, так как при рабочем ходе поршня от усилия штока посредине кулисы возникает большой изгибающий момент и большая сила трения, соразмерная с рабочей силой поршня, действующая в местах соединения штока поршня с кулисой, что допускает разрушения в соединении шток-поршень-кулиса, вследствие чего снижается надежность и долговечность двигателя, кроме того, выполнение впускных и выпускных окон в стенках цилиндров при ходе поршней приводит к значительным потерям газовой смеси через впускные и выпускные окна, так как зона сжатия газовой смеси в цилиндрах ограничена верхним уровнем впускных отверстий, что значительно уменьшает степень сжатия, снижая тем самым мощность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.
Известен также принятый за прототип бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (а.с. СССР №1262074, кл. F02В 75/24, 1986.10.07), содержащий корпус, в котором размещены установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндре два поршня, жестко связанные между собой штоком, и два механизма газораспределения, каждый из которых выполнен в виде подпружиненных впускного и выпускного клапанов, взаимодействующих в кулачковым валом, впускного и выпускного каналов, расположенных в корпусе, двух коленчатых валов, двух тяг, соединяющих коленчатые валы, четырех упоров, в которые входят концы коленчатых валов, переднего, среднего и заднего кривошипов, шестерен и золотников, установленных соосно впускному и выпускному клапанам.
Недостатком такого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания является наличие в нем сложного механизма газораспределения, сложность его изготовления, а также наличие в нем коленчатых валов, которые увеличивают продольные габариты двигателя.
Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в создании такого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, включающего газораспределительный механизм, который был бы надежен и долговечен при компактных продольных габаритах.
Поставленная задача решается тем, что в известном бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с цилиндрами, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни, и газораспределительный механизм, включающий подпружиненные впускные и выпускные клапаны, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами, газораспределительный механизм дополнительно содержит установленный с возможностью вращения на выходном валу двигателя корпус, выполненный в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса внутреннего зацепления, взаимодействующего через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на выходном валу, а на впускном и выпускном эксцентриках установлены подшипники, контактирующие с концами штоков впускных и выпускных клапанов.
При этом двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит установленный на выходном валу параллельно его оси масляный насос, выполненный в виде трубки с косым срезом в нижней части, размещенным в масляной ванне, а передаточное отношение зубчатого колеса газораспределительного механизма и центральной шестерни равно 2:1.
Выполнение газораспределительного механизма в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса уменьшает габариты бесшатунного двигателя по длине, обеспечивая ему компактность, кроме того, наличие двух впускного и выпускного эксцентриков позволяет использовать газораспределительный механизм для управления множеством цилиндров бесшатунного двигателя, что упрощает конструкцию газораспределительного механизма и повышает мощность двигателя.
Наличие впускных и выпускных клапанов, концы штоков которых взаимодействуют с наружными кольцами подшипников, установленных на впускном и выпускном эксцентриках, исключает появление сил трения на концах впускных и выпускных клапанов при вращении впускного и выпускного эксцентриков, так как наружные кольца не вращаются, а передают на концы впускных и выпускных клапанов только усилие нажатия, открывая и закрывая их под действием пружин, что повышает надежность и долговечность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.
Выполнение масляного насоса в виде установленной на выходном валу параллельно его оси трубки с косым срезом, размещенным в масляной ванне, обеспечивает при вращении выходного вала бесперебойную вертикальную подачу масла в бесшатунный двигатель внутреннего сгорания и орошение всех внутренних деталей, что повышает долговечность бесшатунного двигателя.
Взаимодействие зубчатого колеса через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на шлицах выходного вала, позволяет обеспечить совпадение направления вращения впускного и выпускного эксцентриков с направлением вращения выходного вала, что при передаточном отношении зубчатого колеса корпуса газораспределительного механизма и центральной шестерни, равном 2:1, обеспечивает четырехтактный цикл работы двигателя.
На фиг.1 изображен продольный разрез бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, вид сбоку;
на фиг.2 - поперечный разрез двигателя по газораспределительному механизму, вид сверху.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит выполненный в виде многогранного кольца корпус 1 с размещенными в нем выходным валом 2, на котором установлен выполненный в виде корпуса 3 газораспределительный механизм, и четным множеством лежащих в одной плоскости и расположенных попарно-противоположно цилиндров 4 с закрепленными на них головками 5.
Корпус 3 газораспределительного механизма установлен на выходном валу 2 с возможностью вращения на подшипниках 6 и выполнен как одно целое в виде двух впускного 7 и выпускного 8 эксцентриков, содержащих подшипники 9, 10, в наружных кольцах которых выполнены радиальные пазы 11, 12, взаимодействующие с соответствующими подпружиненными впускными 13 и выпускными 14 клапанами, концы 15 штоков которых выполнены в виде полусфер.
Впускные 13 и выпускные 14 клапаны радиально установлены в корпусе 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с впускными 16 и выпускными 17 каналами, соединенными с кольцевыми впускным 18 и выпускным 19 коллекторами.
Корпус 3 выполнен как одно целое с зубчатым колесом 20 внутреннего зацепления, взаимодействующим через установленные на неподвижных осях 21, 22 шестерни 23, 24 с центральной шестерней 25, закрепленной на шлицах 26 выходного вала 2. Отношение числа зубьев зубчатого колеса 20 внутреннего зацепления и центральной шестерни равно 2:1.
В цилиндрах 4 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни 27 с закрепленными в синхронизирующем кольце 28 головками 29, взаимодействующими с роликами-толкателями 30, установленными на осях 31 в ступице 32 двух шестерен 33, взаимодействующих с неподвижными зубчатыми колесами 34. Шестерни 33 установлены с возможностью вращения вокруг своей оси 35 на подшипниках 36 в щечках 37, выполненных как одно целое с выходным валом 2, установленным в подшипниках 38.
В щечках 37 закреплен масляный насос, выполненный в виде трубки 39 с косым срезом 40 в нижней части, размещенным в масляной ванне 41.
Работа предлагаемого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.
При вращении выходного вала 2 центральная шестерня 25, вращаясь, передает через шестерни 23, 24, установленные на неподвижных осях 21, 22, зубчатому колесу 20 и корпусу 3 газораспределительного механизма вращение, совпадающее с направлением вращения выходного вала 2. Корпус 3 обеспечивает вращение впускного 7 и выпускного 8 эксцентриков, которые через радиальные пазы 11, 12 в наружных кольцах подшипников 9, 10 воздействуют на полусферы концов 15 впускных 13 и выпускных 14 клапанов, открывая и закрывая их в соответствии с взаиморасположением впускного 7 и выпускного 8 эксцентриков (согласно циклограмме четырехтактного двигателя).
Топливо поступает из впускного коллектора 18 через впускные каналы 16 и впускные клапаны 13 в цилиндры 4, где происходит его сгорание. Под действием расширяющихся газов поршни 27, двигаясь вдоль цилиндров 4, перемещаются до контакта с роликами-толкателями 30, передавая им усилие рабочего хода.
Ролики-толкатели 30, перемещаясь по прямолинейной траектории, проходящей через центр бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, воздействуют через оси 31 ступицы 32 на шестерни 33, которые, вращаясь на подшипниках 36 в щечках 37 выходного вала 2, входят в зацепление с неподвижными зубчатыми колесами 34 и передают вращение выходному валу 2. Одновременно противоположно расположенные поршни 27 начинают перемещение при взаимодействии с синхронизирующим кольцом 28, осуществляя начальную фазу такта сжатия, завершение которого происходит при достижении роликами-толкателями 30 противоположного крайнего положения. Поршни 27 последовательно через ролики-толкатели 30, двигаясь по своим прямолинейным траекториям, передают вращение выходному валу 2 и за два его оборота выполняются все четыре такта работы двигателя.
При обратном ходе поршней 27 открываются выпускные клапаны 14 и отработанное топливо поступает через выпускные каналы 17 в выпускной коллектор 19.
При вращении выходного вала 2 трубка 39, захватывая масло косым срезом 40 из масляной ванны 41, подает его вертикально вверх и орошает все детали и механизмы бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.
Выполнение газораспределительного механизма как одно целое в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса уменьшает габариты бесшатунного двигателя по длине, обеспечивая ему компактность, кроме того, наличие двух впускного и выпускного эксцентриков позволяет использовать газораспределительный механизм для управления множеством цилиндров бесшатунного двигателя, что упрощает конструкцию газораспределительного механизма и повышает мощность двигателя.
Наличие впускных и выпускных клапанов, концы которых выполнены в виде полусфер, взаимодействующих с радиальными пазами, выполненными в наружных кольцах подшипников, установленных на впускном и выпускном эксцентриках, исключают появление сил трения на концах впускных и выпускных клапанов при вращении впускного и выпускного эксцентриков, так как наружные кольца не вращаются, а передают на концы впускных и выпускных клапанов только усилие нажатия, открывая и закрывая их под действием пружин, что повышает надежность и долговечность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.
Выполнение масляного насоса в виде установленной на выходном валу параллельно его оси трубки с косым срезом обеспечивает при вращении выходного вала бесперебойную вертикальную подачу масла в бесшатунный двигатель внутреннего сгорания и орошение всех внутренних деталей, что повышает долговечность бесшатунного двигателя.
Взаимодействие зубчатого колеса через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на шлицах выходного вала, позволяет обеспечить совпадение направления вращения впускного и выпускного эксцентриков с направлением вращения выходного вала, что при передаточном отношении зубчатого колеса корпуса газораспределительного механизма и центральной шестерни, равном 2:1, обеспечивает четырехтактный цикл работы двигателя.
1. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрами, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни, и газораспределительный механизм, включающий подпружиненные впускные и выпускные клапаны, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами, отличающийся тем, что газораспределительный механизм дополнительно содержит установленный с возможностью вращения на выходном валу двигателя корпус, выполненный в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса внутреннего зацепления, взаимодействующего через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на выходном валу, а на впускном и выпускном эксцентриках установлены подшипники, контактирующие своими наружными кольцами с концами штоков впускных и выпускных клапанов.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит установленный на выходном валу параллельно его оси масляный насос, выполненный в виде трубки с косым срезом в нижней части, размещенным в масляной ванне.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение зубчатого колеса корпуса газораспределительного механизма и центральной шестерни равно 2:1.
www.freepatent.ru
www.freepatent.ru
Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным поршневым двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности создания надежного и долговечного в работе бесшатунного поршневого двигателя с компактными габаритами. Согласно изобретению двигатель включает в себя корпус с крышками, установленный в них выходной вал, взаимодействующий с шестернями, а также цилиндры и поршни, размещенные в одной плоскости. Поршни снабжены опорными шайбами и подпятниками, выполненными с шейками, имеющими сферические поверхности, взаимодействующие с пазами, выполненными в замыкающем кольце, размещенном между опорными шайбами и шейками подпятников. Подпятники контактируют с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижным зубчатым колесом. При этом корпус выполнен в виде кольца, а передаточное отношение шестерен и зубчатого колеса равно 1:2. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. 
Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, например на транспорте, в качестве поршневых компрессоров и насосов и др.
Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания (см. книгу С.С.Баландина "Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания", М. Машиностроение, 1968 г., стр.25 рис.23, стр.39 рис.40, стр.47 рис.48) с крестообразным, Х-образным и У-образным расположением цилиндров, содержащие картер, цилиндры, поршни со штоками, ползуны или заменяющие их шестерни, коленчатые валы и др.
Наличие ползунов уменьшает габариты двигателей, но усложняет конструкцию.
Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (см. А.С. №1262074, СССР, кл. F04В 75/24, 07.10.1986 г.), включающий два поршня, жестко соединенных между собой штоком и размещенных в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, два коленчатых вала, шейки которых через подшипники соединены со штоком, две тяги, соединяющие коленчатые валы, кривошипы, связанные с соединительным валом с помощью шестерен, два механизма газораспределения.
Такой бесшатунный двигатель внутреннего сгорания сложен в изготовлении, а наличие коленчатых валов увеличивает его габариты по длине.
Известен принятый за прототип бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (см. пат. №2006627 RU, кл. F02В 75/32, 30.01.1994 г.), содержащий корпус с боковыми крышками, в которых с двух сторон выполнены опоры кривошипных шестерен, выходной вал с закрепленной на нем, по крайней мере, одной шестерней, цилиндры с установленными в них кинематически связанными с кривошипными шестернями при помощи пальцев поршнями со штоками, взаимодействующими с дополнительными кулисами, размещенными перпендикулярно оси соответствующих цилиндров и шарнирно соединенными посредством пальцев с двумя связанными между собой шестернями, причем кулисы выполнены с одной стороны с цилиндрическими выступами, ось которых перпендикулярна оси кулисы, а с другой стороны - с осевыми отверстиями и соединены между собой при помощи выступов и отверстий.
Недостатком такого двигателя является наличие в нем поршней со штоками, взаимодействующими с кулисами, так как при рабочем ходе поршня от силы штока посредине кулисы возникает большой изгибающий момент, а также большая сила трения, соразмерная с рабочей силой поршня, действующая в местах соединения штока поршня с кулисой, что вызывает поломки в соединении шток поршня - кулиса, вследствие чего снижается надежность и долговечность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.
Техническая задача, поставленная в предполагаемом изобретении, заключается в создании такого бесшатунного поршневого двигателя, который был бы надежен и долговечен в работе при компактных радиальных и продольных габаритах.
Поставленная задача решается тем, что в известном бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с крышками, установленный в них выходной вал, взаимодействующий с шестернями, цилиндры и поршни, размещенные в одной плоскости, поршни снабжены опорными шайбами и подпятниками, выполненными с шейками, имеющими сферические поверхности, взаимодействующие с радиальным внутренним профилем пазов, выполненных в замыкающем кольце, размещенном между опорными шайбами и шейками подпятников, контактирующих с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижным зубчатым колесом, при этом подпятники установлены с возможностью свободного перемещения в пазах замыкающего кольца, корпус выполнен в виде кольца, а передаточное отношение шестерен и зубчатого колеса равно 1:2.
Выполнение плунжеров с опорной шайбой и подпятниками с шейками, имеющими сферические поверхности и установленными в пазах замыкающего кольца с возможностью свободного перемещения, обеспечивает скольжение шеек подпятников по радиальному внутреннему профилю пазов замыкающего кольца, что обеспечивает синхронную работу противолежащих поршней и исключает появление на поршнях поперечных сил, приводящих к износу поршни и цилиндры, и снижает силы трения между подпятниками и замыкающим кольцом, снижая тем самым износ деталей бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, что повышает надежность и долговечность его работы, кроме того контактирование подпятников поршней с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижными зубчатыми колесами, обеспечивает непрерывную последовательную работу поршней, а передаточное отношение шестерен и неподвижных зубчатых колес, равное 1:2, позволяет за два оборота шестерни выполнить рабочий ход последовательно всеми поршнями, что повышает производительность двигателя. Выполнение корпуса в виде кольца уменьшает радиальные и продольные габариты бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая ему компактность.
На фиг.1 изображен бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе по осям поршней, вид сверху;
на фиг.2 - поперечный разрез бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, вид сбоку.
Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит выполненный в виде кольца корпус 1, в котором размещено четное множество, например восемь, лежащих в одной плоскости и расположенных попарно-противоположно цилиндров 2 с закрепленными на них головками 3, в 5 которых установлены газораспределительные механизмы (не показаны), включающие впускной и выпускной клапаны 4, 5, соединенные с соответствующими кольцевыми впускным и выпускным коллекторами 6, 7.
В цилиндрах 2 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни 8, снабженные опорными шайбами 9, выполненными в виде тарельчатой пружины, и подпятниками 10, на которых выполнены шейки 11, имеющие сферические поверхности 12, взаимодействующие с радиальным внутренним профилем 13 пазов замыкающего кольца 14, установленного между опорными шайбами 9 и подпятниками 10, размещенными в пазах замыкающего кольца 14 с возможностью свободного перемещения и контактирования с роликами-толкателями 15, установленными на осях 16 в ступицах 17 двух шестерен 18, образующих блок 19, который установлен с возможностью вращения вокруг своей оси 20 на подшипниках 21 в щечках 22, закрепленных на выходном валу 23, установленном на подшипниках 24 в крышках 25, 26 корпуса 1.
На выходном валу 23 закреплены втулки-противовесы 27, замыкающие щечки 22 выходного вала 23.
Шестерни 18 размещены в корпусе 1 с возможностью взаимодействия с неподвижными зубчатыми колесами 28, закрепленными с помощью контрольных штифтов 29 в стаканах 30, установленных в корпусе 1 с помощью стопоров 31. Передаточное отношение шестерен 18 и неподвижного зубчатого колеса 28 равно 1:2.
Работа предлагаемого бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.
Предварительно топливо поступает из впускного коллектора 6 через впускной клапан 4 в цилиндр 2, где происходит его сгорание. Под действием усилия, образующегося при расширении газов, поршень 8, двигаясь вдоль цилиндра 2, перемещает подпятник 10 с роликом-толкателем 15, передавая ему усилие рабочего хода. Ролик-толкатель 15, перемещаясь прямолинейно по траектории, проходящей через центр бесшатунного поршневого двигателя, воздействует через оси 16 ступицы 17 на блок 19 шестерен 18, который вращаясь на подшипниках 21 в щечках 22 выходного вала 23 обеспечивает зацепление шестерен 18 с неподвижными зубчатыми колесами 28 и передает вращение выходному валу 23. Одновременно поршень 8 через опорную шайбу 9 воздействует на замыкающее кольцо 14, которое передает движение противоположно расположенному поршню 8, осуществляя начальную фазу такта сжатия, завершение которого осуществляет ролик-толкатель 15, достигнув противоположного крайнего положения. Поршни 8 последовательно через ролики-толкатели 15 блока 19 шестерен 18, двигаясь по своим прямолинейным траекториям, передают вращение выходному валу 23, и за два оборота выходного вала 23 выполняются все четыре такта работы двигателя.
Замыкающее кольцо 14 при работе бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания выполняет функцию синхронизатора скоростей перемещения поршней 8 и роликов-толкателей 15, оно определяет величину хода поршней 8, равную "2Е" - двум величинам его эксцентриситета. Ролики-толкатели 15, перемещаясь каждый по своей прямой траектории, проходящей через центр бесшатунного поршневого двигателя, имеют ход, равный диаметру делительной окружности неподвижного зубчатого колеса 28, вследствие чего они не имеют постоянного контакта с подпятниками 10 поршней 8, но в момент соприкосновения подпятников 10 с роликами-толкателями 15 линейные скорости их уравнены.
Выполнение плунжеров с опорной шайбой и подпятниками с шейками, имеющими сферические поверхности и установленными в пазах замыкающего кольца с возможностью свободного перемещения, обеспечивает скольжение шеек подпятников по радиальному внутреннему профилю пазов замыкающего кольца, что обеспечивает синхронную работу противолежащих поршней и исключает появление на поршнях поперечных сил, приводящих к износу поршни и цилиндры, и снижает силы трения между подпятниками и замыкающим кольцом, снижая тем самым износ деталей бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, что повышает надежность и долговечность его работы, кроме того контактирование подпятников поршней с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижными зубчатыми колесами, обеспечивает непрерывную последовательную работу поршней, а передаточное отношение шестерен и неподвижных зубчатых колес, равное 1:2, позволяет за два оборота шестерни выполнить рабочий ход последовательно всеми поршнями, что повышает производительность двигателя. Выполнение корпуса в виде кольца уменьшает радиальные и продольные габариты бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая ему компактность.
1. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с крышками, установленный в них выходной вал, взаимодействующий с шестернями, цилиндры и поршни, размещенные в одной плоскости, отличающийся тем, что поршни снабжены опорными шайбами и подпятниками, выполненными с шейками, имеющими сферические поверхности, взаимодействующие с радиальными внутренними профилями пазов, выполненных в замыкающем кольце, размещенном между опорными шайбами и шейками подпятников, контактирующих с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижным зубчатым колесом.
2. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что подпятники поршней установлены в пазах замыкающего кольца с возможностью свободного перемещения.
3. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде кольца.
4. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение шестерен и неподвижного зубчатого колеса равно 1:2.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с рычажным механизмом преобразования, и может быть использовано в конструкциях машин, требующих по условиям работы разгрузки поршня от действия боковых сил. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит картер (1). В картере установлен коленчатый вал (2), цилиндр (3). В цилиндре (3) размещен поршень (4) со штоком (5) и механизмом разгрузки поршня от действия боковых сил. Механизм разгрузки поршня от действия боковых сил включает: рычаг (6) и маховик (7). В качестве рычага используют коленчатый вал (2). Коленчатый вал (2) имеет по крайней мере две шатунные шейки (8, 9). Одна из шатунных шеек (8), посредством шарнира (10), соединена со штоком (5). На другой шатунной шейке (9) размещен противовес. Противовес имеет возможность перемещения в направляющих опорах (12). Направляющие опоры расположены перпендикулярно оси поршня (4). Ось вращения маховика (14) смещена относительно коренной шейки коленчатого вала (13) на величину плеча (L). Противовес может быть выполнен в виде ролика (11) с балансировочным грузом. Направляющие опоры (12) могут быть выполнены в виде корпусных элементов, жестко связанных с картером (1). Шток (5) может быть жестко соединен с другим таким же противоположно-соосным поршнем (4). Технический результат заключается в упрощении конструкции механизма разгрузки поршня от действия боковых сил, снижении динамических нагрузок на масло, находящееся в картере двигателя, снижении инерционных нагрузок в двигателе. 3 з.п. ф-лы, 9 ил. 
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с рычажным механизмом преобразования, и может быть использовано в конструкциях машин, требующих по условиям работы разгрузки поршня от действия боковых сил.
Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (US 5503038 А, Кл. F02B 75/22, опубл. 02.04.1996), содержащий цилиндры, размещенные в них поршни, штоки, жестко соединенные с поршнями и связанные с ползунами, установленными с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно со штоками вдоль направляющих параллельно стенкам цилиндров, и коленчатый вал, снабженный эксцентриками, расположенными в отверстиях ползунов с возможностью вращения.
Недостатками данного двигателя являются значительные боковые силы на стенки направляющих и инерционные силы, приводящие к потерям на трение, снижающие мощность и кпд, а также ресурс при значительной его массе.
Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (Пат. РФ № 2183755, МПК F02B 75/32, 1999), содержащий цилиндры, размещенные в них поршни, штоки, жестко соединенные с поршнями и связанные с коленчатым валом через механизм разгрузки поршня от действия боковых сил. Механизм разгрузки поршня от действия боковых сил представляет собой ползун, связанный со штоком с возможностью возвратно-поступательного перемещения вместе со штоком вдоль направляющих параллельно стенкам цилиндра, а коленчатый вал снабжен эксцентриками, расположенными в отверстиях ползунов с возможностью вращения. Двигатель снабжен дополнительными направляющими, расположенными перпендикулярно осям цилиндров, и дополнительным ползуном, размещенным между цилиндрами с возможностью перемещения вдоль дополнительных направляющих.
Недостатком данного двигателя является сложность конструкции механизма разгрузки поршня от действия боковых сил. Наличие ползуна увеличивает долю механических потерь, поскольку сам ползун не свободен от действия боковых сил, приводящих к потерям на трение. Значительные боковые и инерционные силы, приводящие к потерям на трение, снижают мощность, кпд и ресурс двигателя. Ползун применяется обычно на тихоходных машинах и для обеспечения его нормальной работы необходима жидкая смазка поверхностей трения, наличие которой нежелательно в ряде поршневых машин.
Известна поршневая машина (А.с. СССР № 1121470, Кл. F02B 75/32, 1983, прототип), содержащая картер с размещенным в нем коленчатым валом, по меньшей мере один цилиндр, закрепленный на картере, и поршень со штоком, размещенный в цилиндре и подсоединенный к коленчатому валу через механизм разгрузки поршня от действия боковых сил, и шатун. Механизм разгрузки поршня от действия боковых сил выполнен в виде втулки с двумя проушинами, жестко закрепленной на картере, и двух тяг с рычагами, подвижно установленных в цилиндре, причем тяги шарнирно подсоединены к проушинам и рычагу, а последний подвижно подсоединен к шатуну и штоку.
Недостатком известной поршневой машины является сложность конструкции механизма разгрузки поршня от действия боковых сил, содержащего две тяги, двухплечный рычаг, по крайней мере пять пальцев, шатун, и, вследствие чего, имеющего большое количество пар трения (не менее восьми в данной конструкции). Потери на трение приводят к снижению мощности, кпд и ресурса двигателя.
Задачей изобретения является упрощение конструкции механизма разгрузки поршня от действия боковых сил.
Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в повышении ресурса, мощности и теплового кпд двигателя, улучшении топливной экономичности и его инерционных качеств. Двигатель становится более экологически чистым, поскольку масло испытывает меньшие динамические нагрузки и поэтому меньше нагревается и гораздо медленнее стареет. Снижается объем картерных газов и, как следствие, снижается токсичность двигателя.
Поставленная в изобретении задача решена тем, что в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем картер с установленным в нем коленчатым валом, цилиндром, в котором размещен поршень со штоком, механизмом разгрузки поршня от действия боковых сил, включающим рычаг, и маховик, в качестве рычага используют коленчатый вал, по крайней мере с двумя шатунными шейками, с одной из которых посредством шарнира соединен шток, а на другой размещен противовес, выполненный в виде ролика с балансировочным грузом, с возможностью перемещения в направляющих опорах, расположенных перпендикулярно оси поршня, а ось вращения маховика смещена относительно коренной шейки коленчатого вала на величину его плеча. Направляющие опоры выполнены в виде корпусных элементов, жестко связанных с картером. Кроме того, шток двигателя может быть жестко соединен с другим таким же противоположно-соосным поршнем.
Благодаря заявленной конструкции механизма разгрузки поршня от действия боковых сил к коленчатому валу через рычаг, равный двум плечам коленчатого вала, вдоль оси поршня будет приложена удвоенная по сравнению с силой давления газа в поршне сила, а сила трения поршня о поверхность цилиндра уменьшится и теоретически будет стремиться к нулю. Таким образом, шток, движущийся вдоль оси поршня, практически не будет испытывать влияния боковых сил, в результате чего увеличится ресурс двигателя, а также его мощность и кпд.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 изображена принципиальная схема бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром, верхнее положение поршня; на фиг.2 - 8 - то же, промежуточное положение поршня; на фиг.9 изображена принципиальная схема бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с двумя поршнями.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит картер 1 с установленными в нем коленчатым валом 2, цилиндром 3, в котором размещен поршень 4 со штоком 5, а также механизмом разгрузки поршня от действия боковых сил, выполненным в виде рычага 6, и маховик 7. В качестве рычага 6 используют коленчатый вал 2, по крайней мере с двумя шатунными шейками 8 и 9. С одной 8 из них посредством шарнира 10 соединен шток 5, а на другой 9 размещен противовес, выполненный в виде ролика 11 с балансировочным грузом, с возможностью перемещения в направляющих опорах 12, расположенных перпендикулярно оси поршня 4. Направляющие опоры 12 выполнены в виде корпусных элементов, жестко связанных с картером 1. Коренная шейка 13 служит для крепления маховика 7, причем ось вращения 14 маховика 7 смещена относительно коренной шейки 13 на величину плеча L коленчатого вала 2. Поршень 4 уравновешивается балансиром 15.
Конструкция бесшатунного двигателя внутреннего сгорания позволяет с противоположной стороны штока 5 подсоединить второй противоположно-соосный поршень 4 с тем же противовесом 11 и одной коренной шейкой 13. Второй цилиндр 3, как и первый, не будет испытывать боковой силы трения поршня в цилиндре.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
При движении поршня 4 шток 5 через шарнир 10 перемещает в направляющих опорах 12 ролик 11, связанный рычагом 6 с шатунной 9 и коренной 13 шейками коленчатого вала 2, и осуществляет его поворот в данном случае против часовой стрелки. Движение ролика 11 происходит перпендикулярно движению поршня 4, при этом положение ролика 11 будет находиться на оси движения поршня 4 в крайних точках его положения.
Благодаря заявленной конструкции механизма разгрузки поршня от действия боковых сил к коленчатому валу 2 через рычаг 6 вдоль оси поршня 4 будет приложена удвоенная по сравнению с силой давления газа в поршне 4 сила, что увеличит крутящий момент, сила трения поршня 4 о поверхность цилиндра 3 уменьшится и теоретически будет стремиться к нулю, что позволит разгрузить поршень 4 от действия боковых сил и тем самым уменьшить долю механических потерь, увеличить ресурс двигателя и его кпд.
Промышленная осуществимость заявленного изобретения.
Изготовлен и испытан опытный образец заявленного бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, для чего использован обычный одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, содержащий установленный в корпусе поршень, шарнирно соединенный с ним шатун, который, в свою очередь, шарнирно присоединен к коленчатому валу, и закрепленный на коленчатом валу маховик. Сила давления газа на поршень вдоль его оси распределяется в данном двигателе по двум направлениям: вдоль шатуна - давит на коленчатый вал, заставляя вращаться маховик, и на стенку цилиндра, в котором движется поршень, - боковая сила трения поршня в цилиндре, которая снижает срок работы двигателя из-за их износа.
В обычном двигателе внутреннего сгорания выполняют смещение крепления коленчатого вала 2 относительно центра вращения 14 маховика 7 на длину плеча L коленчатого вала 2. Переместив коренную шейку 13 коленчатого вала 2 от центра 14 маховика 7 на длину плеча L коленчатого вала 2 и установив перпендикулярно оси поршня 4 направляющие опоры 12 для противовеса 11, выполненного в виде ролика с балансировочным грузом, видим, что шток 5 будет двигаться вдоль оси поршня 4, а плечи L коленчатого вала 2 будут тем самым рычагом 6. Таким образом, создание такого простого двигателя не требует коренной перестройки обычного двигателя. Фактически трение в боковых высокотемпературных точках (камера сгорания) поршня 4 переносится на трение в направляющих опорах 12 картера 1, являющихся низкотемпературными точками трения (картер) двигателя. Удается существенно уменьшить боковую силу трения поршня в цилиндре, увеличив тем самым ресурс, кпд, мощность двигателя внутреннего сгорания за счет уменьшения инерционных и боковых сил трения.
В настоящее время проведена конструкторская разработка данного типа двигателя, позволяющая в обычных двигателях заменить коленчатый вал с шатунами на шток с новым коленчатым валом и при этом не трогать другого навесного оборудования двигателя с любым количеством цилиндров. Такой двигатель имеет небольшие массу и габариты, компактен, отличается низкой токсичностью, экономичен, имеет хороший ресурс, высокие мощность и кпд.
1. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер с установленными в нем коленчатым валом, цилиндром, в котором размещен поршень со штоком, и механизмом разгрузки поршня от действия боковых сил, включающим рычаг, и маховик, отличающийся тем, что в качестве рычага используют коленчатый вал, по крайней мере, с двумя шатунными шейками, с одной из которых посредством шарнира соединен шток, а на другой размещен противовес с возможностью перемещения в направляющих опорах, расположенных перпендикулярно оси поршня, а ось вращения маховика смещена относительно коренной шейки коленчатого вала на величину его плеча.
2. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что противовес выполнен в виде ролика с балансировочным грузом.
3. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что направляющие опоры выполнены в виде корпусных элементов, жестко связанных с картером.
4. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что шток жестко соединен с другим таким же противоположно-соосным поршнем.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к поршневым машинам. Бесшатунный двигатель содержит корпус (1), цилиндры (2), поршни (3), штоки (4), направляющие (5), коленчатый вал (6), выходной вал (7), первое (8) и второе (9) зубчатые колеса. Штоки (4) взаимодействуют с направляющими (5) и коленчатым валом (6). Первое колесо (8) установлено на коленчатом валу (6). Второе колесо (9) установлено эксцентрично на выходном валу (7). Второе колесо (9) связано с первым колесом (8) водилом (10). Коленчатый вал (6) установлен в корпусе (1) через эксцентрики. Технический результат заключается в снижении износа опорных шеек и деформации коленчатого вала. 3 ил. 
Изобретение относится к поршневым машинам для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Известен бесшатунный двигатель (см. С.С. Баландин «Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания», г.Москва, Машиностроение, 1972 г., стр.14, рис.11б - прототип), содержащий размещенные в корпусе цилиндр с поршнем и штоком, коленчатый вал, связанный со штоком и несущий шестерню, взаимодействующую с центральным колесом, выходной вал с двумя кривошипами и установленным в них коленвалом. Недостатком известного двигателя является отсутствие жесткой связи между кривошипами двух концов выходного вала, так как между ними нарушается соосность при зазоре в шестернях, износе опорных шеек и деформации коленвала, что снижает долговечность двигателя.
Цель изобретения - повышение долговечности двигателя. Поставленная цель достигается тем, что бесшатунный двигатель содержит размещенные в корпусе цилиндры с поршнями и штоками, взаимодействующими с направляющими, коленчатый вал, связанный со штоками, выходной вал и два зубчатых колеса, из которых одно установлено на коленвалу, а второе установлено эксцентрично на выходном валу и связано с первым колесом водилом, а коленвал установлен в корпусе через эксцентрики. В двигателе применяются зубчатые колеса с внешним зацеплением, в отличие от внутреннего зацепления колес в прототипе. Этот позволяет уменьшить диаметр эксцентриков и снизить их скорость скольжения. Установка коленвала в корпусе через эксцентрики увеличивает его жесткость, снижает деформацию, что повышает долговечность двигателя.
Бесшатунный двигатель изображен на фиг.1, на фиг.2 (сеч. А-А на фиг.1) и на фиг.3 (сеч. В-В на фиг.1).
Двигатель содержит размещенные в корпусе 1 цилиндры 2 с поршнями 3 и штоками 4, взаимодействующими с направляющими 5, коленвал 6, связанный со штоками 4, выходной вал 7 и два зубчатых колеса 8 и 9, из которых колесо 8 установлено на коленвалу 6, а колесо 9 установлено эксцентрично на выходном валу 7 и связано с колесом 8 водилом 10. Коленвал установлен в корпусе 1 через эксцентрики 11.
Двигатель работает следующим образом. Поршни 3 под действием высокого и низкого давления в надпоршневом пространстве цилиндров 2 совершают возвратно-поступательное движение, преобразуемое через штоки 4, коленвал 6 и зубчатые колеса 8 и 9 во вращательное движение выходного вала 7.
Бесшатунный двигатель, содержащий размещенные в корпусе цилиндры с поршнями и штоками, взаимодействующими с направляющими, коленчатый вал, связанный со штоками, выходной вал и два зубчатых колеса, из которых одно колесо установлено на коленчатом валу, отличающийся тем, что второе колесо установлено эксцентрично на выходном валу и связанно с первым колесом водилом, а коленчатый вал установлен в корпусе через эксцентрики.
www.freepatent.ru
