Двигатель с поршнями, расположенными параллельно приводному валу

Двигатель с поршнями, расположенными параллельно приводному валу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, в котором поршни расположены с возможностью поступательного перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала. Поступательное перемещение поршня преобразуется во вращательное посредством, по меньшей мере, одной качающейся шайбы. Головки двух поршней расположены в одной и той же камере сгорания. Таким образом, двигатель характеризуется противоположными перемещениями пар поршней вдоль осей, параллельных оси приводного вала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ В ОБЛАСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Двигатели, в которых поршни расположены с возможностью поступательного перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, известны, например, из Европейского патентного документа ЕР 0052387 и патента США-№4202251.

Проблемы известных двигателей, содержащих параллельные поршни, связаны с износом качающихся шайб. Качающаяся шайба содержит внешнее кольцо и внутреннюю ступицу, которая удерживается и вращается в кольце на подшипниках, которые обычно являются игольчатыми подшипниками. Ступица прикреплена к приводному валу под углом так, что поступательное перемещение кольца посредством поршней заставляет внутреннюю ступицу и вал вращаться. Качающаяся шайба испытывает высокие обороты и пиковые давления, и часто не хватает смазки в соединениях между ступицей и кольцом и между кольцом и поршнем.

Настоящее изобретение предлагает двигатель с параллельными поршнями, имеющий более высокую эффективность сгорания и обеспечивающий улучшенное сгорание топлива при меньшем количестве вредных газов.

Настоящее изобретение также предлагает двигатель с параллельными поршнями, обеспечивающий улучшенную турбулентность воздуха или кислорода, содержащего смесь газа и топлива, в камере сгорания.

Настоящее изобретение, кроме того, предлагает двигатель с параллельными поршнями, обеспечивающий улучшенное заполнение газообразными продуктами сгорания и/или их улучшенный выпуск.

Настоящее изобретение, кроме того, предлагает также усовершенствования двигателя, ведущие к уменьшению износа качающихся шайб, уменьшению вибрационного шума, более эффективному сгоранию и перемещению поршней.

Предложенный двигатель, таким образом, является усовершенствованным двигателем, обеспечивающим решение одной или более проблем известных двигателей и/или имеющим одно или более преимуществ по сравнению с известными двигателями с параллельными поршнями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:

приводной вал, имеющий центральную ось;

по меньшей мере одну камеру сгорания;

по меньшей мере первый и второй поршни, расположенные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в одной и той же камере сгорания,

причем первый поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток первого поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток второго поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси.

В соответствии с изобретением расстояние между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока первого поршня отличается от расстояния между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока второго поршня. При использовании такого варианта стало возможным достигнуть улучшенного поступательного перемещения с уменьшенными вибрацией и шумами.

Преимущественно отношение D1/D2 находится между 1,01 и 3, предпочтительно между 1,05 и 2 и наиболее предпочтительно между 1,1 и 1,5, где D1 является расстоянием между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока первого поршня, a D2 - расстоянием между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока второго поршня

Согласно преимущественному варианту выполнения шток первого поршня имеет ось, расположенную на первом расстоянии от центральной оси приводного вала, а шток второго поршня имеет ось, расположенную на втором расстоянии от центральной оси приводного вала, отличающемся от первого расстояния.

Предпочтительно для расстояний между центральной осью приводного вала и осями первого и второго штоков отношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится между 1,01 и 3, преимущественно между 1,05 и 2, более предпочтительно между 1,1 и 1,5.

Согласно другому преимущественному варианту выполнения камера сгорания содержит первую область, в которой перемещается первый поршень и которая имеет центральную ось, и вторую область, в которой перемещается второй поршень и которая имеет центральную ось, причем указанные центральные оси первой и второй областей камеры сгорания не совпадают.

Согласно еще одному преимущественному варианту выполнения камера сгорания содержит первую область, в которой перемещается первый поршень и которая имеет первый максимальный объем расширения, и вторую область, в которой перемещается второй поршень и которая имеет второй максимальный объем расширения, причем центральные оси максимальных объемов расширения первой и второй областей камеры сгорания не совпадают.

Предпочтительно отношение между первым максимальным объемом и вторым максимальным объемом находится между 1,2 и 4, преимущественно между 1,5 и 3, более предпочтительно между 1,8 и 2,5.

В соответствии с особенностями двигателя первая область камеры сгорания ограничена первым внутренним диаметром, а вторая область камеры сгорания ограничена вторым диаметром, причем отношение между первым диаметром и вторым находится между 1,01 и 2, преимущественно между 1,05 и 1,5, более предпочтительно между 1,07 и 1,3.

Другой особенностью двигателя является то, что камера сгорания содержит третью область, которая расположена между первой и второй областями, в которой первый и второй поршни не перемещаются и которая образует, возможно, вместе по меньшей мере с одной полой зоной первого и/или второго поршня минимальный мертвый объем, когда поршни расположены смежно.

Согласно конкретному варианту выполнения двигателя кольцо каждой качающейся шайбы установлено с возможностью поворота вокруг оси относительно центрального узла посредством, по меньшей мере, двух подшипников, причем указанная ось образует угол с центральной осью приводного вала.

Преимущественно, ось вращения кольца образует угол от 10° до 50°, предпочтительно от 15° до 40° с центральной осью приводного вала.

Предпочтительно, кольцо имеет такой внутренний диаметр, что расстояние между подшипниками по существу равно этому диаметру, деленному на тангенс угла между осью вращения кольца и центральной осью приводного вала.

Согласно следующему варианту выполнения, центральный узел (48) качающейся шайбы, выполненный с возможностью поворота вокруг оси вращения, имеет отверстие, имеющее центральную ось, образующую с осью вращения угол преимущественно от 10° до 40°, предпочтительно от 20° до 25°.

Еще одной особенностью является то, что поршни, соединенные с качающейся шайбой, выполнены так, что расстояние d2 между продольной осью приводного вала и продольной осью каждого штока поршня является минимальным.

Еще одной особенностью является то, что по меньшей мере один из следующих элементов - сферические соединительные элементы качающейся шайбы, кольцо, центральный узел, приводной вал, опорные элементы, соединенные штоки поршней или головки поршней - содержит, по меньшей мере, один внутренний канал для прохождения смазочного масла.

Преимущественно, по меньшей мере два указанных канала имеют по меньшей мере одно отверстие или конец, образующий проход между ними.

Предпочтительно, отверстия или концы образуют временный проход между ними.

Согласно варианту выполнения конструкция дополнительно содержит смазанный узел кольца поршня, преимущественно образованный из концентрических колец, предпочтительно пары концентрических колец, каждое из которых преимущественно имеет расширительный паз, и круглого фитиля, расположенного концентрически внутри указанных колец в канавке вокруг цилиндрической поверхности поршня и контактирующего со стенкой цилиндра.

Согласно варианту выполнения с маховиком и камерой сгорания, содержащей два цилиндра, в которых перемещаются поршни, объем цилиндра, ближайшего к маховику, преимущественно больше объема противоположного цилиндра, расположенного дальше от маховика, и/или диаметр цилиндра, ближайшего к маховику, больше диаметра противоположного цилиндра, расположенного дальше от маховика, и/или центральные оси этих цилиндров не совпадают, причем центральная ось дальнего от маховика цилиндра находится ближе к приводному валу с образованием таким образом эксцентрической камеры сгорания.

Преимущественно камера сгорания содержит область раздела между ближним и дальним относительно маховика цилиндрами, преимущественно между большим и меньшим цилиндрами, причем указанная поверхность раздела имеет, по меньшей мере, одну точку входа топлива.

Согласно особенностям конкретных вариантов выполнения (имеющих по меньшей мере одну из указанных особенностей),

- по меньшей мере одна качающаяся шайба имеет кольцо, выполненное с возможностью соединения с компрессором с механическим приводом, предназначенным для впрыскивания топлива и/или воздушных смесей, и/или

- по меньшей мере один поршень, а предпочтительно два поршня, перемещающихся в камере сгорания, на поверхности головки имеет(имеют) выемку, которая преимущественно имеет большую глубину в направлении центра поверхности головки поршня; наиболее предпочтительно, камера сгорания имеет, по меньшей мере, одну точку входа топлива, причем указанная выемка имеет большую глубину вблизи точки входа топлива, и ее глубина уменьшается в направлении от точки входа топлива, и/или

- маховик, прикрепленный к концу приводного вала, содержит по меньшей мере два коаксиальных элемента, ограничивающих пространство между ними, имеющее объем, причем первый элемент прикреплен к приводному валу и выполнен с возможностью легкого скольжения вдоль него, а другой элемент имеет набор болтов, предназначенных для отодвигания элемента первого элемента от второго с изменением, таким образом, объема пространства между ними (предпочтительно путем увеличения пространства с помощью цилиндрического элемента, прикрепленного к другому элементу, может регулироваться положение ближней к маховику качающейся шайбы), и/или

- камера сгорания имеет впускные отверстия для атмосферного воздуха и/или выпускные отверстия, причем указанные впускные и выпускные отверстия расположены на одной линии по окружности в стенке камеры сгорания так, что цилиндрическая стенка по меньшей мере одного, преимущественно, двух перемещающихся в камере сгорания поршней выполнена с возможностью закрывания по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха и/или выпускного отверстия, когда она расположена над ними (преимущественно, осевое положение впускных отверстий для атмосферного воздуха таково, что они полностью открыты, когда дальний от маховика поршень отведен назад, и закрыты, когда указанный поршень перемещается вперед; предпочтительно, осевое положение выпускных отверстий таково, что они полностью открыты, когда ближний к маховику поршень отведен назад, и закрыты, когда указанный поршень перемещается вперед), и/или

- двигатель содержит по меньшей мере две камеры сгорания, в каждой из которых расположены два перемещающихся поршня, и все указанные поршни перемещаются в соответствующих камерах сгорания в направлении, параллельном центральной оси приводного вала, и/или

- двигатель внутреннего сгорания, кроме того, содержит турбонагнетатель или средство соединения с турбонагнетателем (преимущественно, турбонагнетатель имеет выпускное отверстие для воздуха, имеющее клапан, выполненный с возможностью нахождения в закрытом положении в зависимости от давления, преимущественно, до тех пор, пока созданное давление не достигнет заданного уровня, или управляемый таким образом; предпочтительно, впускные отверстия для впуск воздуха от турбонагнетателя расположены в стенке камеры сгорания на одной линии по той же окружности, что и впускные отверстия для атмосферного воздуха. Наиболее предпочтительно, впускные отверстия для воздуха от турбонагнетателя имеют большую длину в направлении выпускных отверстий, чем впускные отверстия для атмосферного воздуха) и/или

- двигатель внутреннего сгорания выполнен так, что воздух, входящий в камеру сгорания через впускные отверстия для атмосферного воздуха, содержит воздух, вытесненный из пустого или свободного пространства, расположенного за поршнем во время его перемещения назад, и/или

- двигатель внутреннего сгорания содержит маховик, причем один поршень является ближним к маховику, а другой - дальним от него, причем двигатель выполнен так, что ближний к маховику поршень перемещается с опережением дальнего от маховика поршня (указанное опережение преимущественно составляет больше 0° и меньше 10°).

Изобретение, кроме того, относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:

приводной вал, имеющий центральную ось;

- по меньшей мере одну камеру сгорания;

- по меньшей мере первый поршень и второй поршень, выполненные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в общей камере сгорания,

причем первый поршень имеет шток для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и расположенным на кольце по меньшей мере одним по существу сферическим соединительным элементом, с которым соединен шток первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и расположенным на кольце по меньшей мере одним по существу сферическим соединительным элементом, с которым соединен шток первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси,

при этом кольцо каждой качающейся шайбы установлено с возможностью поворота вдоль оси относительно центрального узла посредством по меньшей мере двух подшипников, причем указанная ось образует с центральной осью приводного вала угол от 10° до 50°, преимущественно от 15° до 40°, предпочтительно примерно от 20° до 25°, и

кольцо имеет внутренний диаметр, причем расстояние между подшипниками по существу равно внутреннему диаметру кольца, деленному на тангенс угла между осью вращения кольца и центральной осью приводного вала.

Изобретение, кроме того, относится к двигателю внутреннего сгорания, имеющему ту или иную особенность, а в основном несколько особенностей, как описано выше.

Конкретно, изобретение относится, кроме того, к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:

- приводной вал, имеющий центральную ось;

- по меньшей мере одну камеру сгорания;

- по меньшей мере первый поршень и второй поршень, выполненные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в общей камере сгорания,

причем первый поршень имеет шток для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и расположенным на кольце по меньшей мере одним по существу сферическим соединительным элементом, с которым соединен шток первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и расположенным на кольце по меньшей мере одним по существу сферическим соединительным элементом, с которым соединен шток первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси,

при этом указанный двигатель внутреннего сгорания имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик:

А. Кольцо установлено на центральном узле посредством двух подшипников. Кольцо имеет две противоположные кромки, причем первый подшипник действует на первой кромке кольца, в то время как другой подшипник действует на другой кромке кольца. Кольцо имеет ось вращения относительно центрального узла, которая образует угол β с центральной осью приводного вала. Расстояние между двумя противоположными кромками или между двумя подшипниками является максимальным и по существу равно внутреннему диаметру кольца, деленному на тангенс указанного угла β, который преимущественно составляет примерно 20°-25°.

В случае, когда внутренняя форма кольца не является по существу цилиндрической, расстояние между кромками подшипников будет приблизительно равно среднему значению внутреннего диаметра кольца (которое, например, является средним значением диаметров, измеренных на кромках кольца), деленному на тангенс угла между плоскостью, касательной к двум кромкам кольца, и центральной осью приводного вала.

В. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, а второй противоположный поршень перемещается во второй области. Первый поршень имеет диаметр, отличающийся от диаметра второго поршня, например на 10%-50% меньше.

С. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, а второй противоположный поршень перемещается во второй области. Первая область имеет максимальный объем (изменение объема измеряется между положением первого поршня вблизи второго поршня и положением первого поршня при его наибольшем удалении от второго поршня), отличающийся от максимального объема второго поршня (изменение объема измеряется между положением второго поршня вблизи первого поршня и положением второго поршня при его наибольшем удалении от первого поршня). Например, первая область имеет максимальный объем на 10%-50% меньше, чем максимальный объем второй области.

D. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, в то время как второй противоположный поршень перемещается во второй области. Первая область расположена эксцентрически относительно второй области.

Е. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, а второй противоположный поршень перемещается во второй области. Две области соединены между собой промежуточной областью, содержащей средство воспламенения топлива и/или средство впуска топлива (например, средство инжекции). Первый и/или второй поршень имеют выемку.

F. Поршни имеют смазанный узел кольца поршня.

G. Двигатель внутреннего сгорания снабжен средством согласования конечных положений первого и/или второго поршня в камере сгорания.

Н. Первый и второй поршни перемещаются между двумя конечными положениями, причем перемещение одного поршня преимущественно опережает перемещение другого примерно на от 0,1 до 10°.

I. Камера сгорания образует, по меньшей мере, за поршнем пространство или пустоту, предназначенную для заполнения воздухом или другим газом, когда указанный первый поршень перемещается по направлению к другому поршню. Двигатель внутреннего сгорания снабжен средством направления воздуха или газов из указанного пространства или пустоты к камере сгорания или буферной камере перед заполнением камеры сгорания, когда указанный первый поршень перемещается от другого поршня.

Изобретение, кроме того, относится к использованию одного или более двигателей согласно изобретению для генерирования энергии или движущей силы, в особенности вращающей движущей силы. Конкретно изобретение относится к использованию одного или более двигателей согласно изобретению для изменения степени сжатия и/или обеспечения по существу послойного сгорания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 является частичным разрезом двигателя с параллельными поршнями.

Фиг.2 является видом в разобранном состоянии поршня для двигателя с восемью поршнями и его цилиндрической направляющей системы, присоединенного к качающейся шайбе.

Фиг.2А является видом в разобранном состоянии поршня для двигателя с четырьмя поршнями, присоединенного к качающейся шайбе.

Фиг.3 является видом качающейся шайбы, снабженной двумя сферическими соединительными элементами, один из которых присоединен к цилиндрическому элементу, помещенному между двумя профильными направляющими.

Фиг.4 является видом качающейся шайбы, снабженной четырьмя сферическими соединительными элементами и цилиндрическим элементом, помещенным между двумя фасонными направляющими.

Фиг.5 является разрезом качающейся шайбы.

Фиг.6 является частичным продольным разрезом качающейся шайбы.

Фиг.7 является разрезом качающейся шайбы и поршня, показывающим каналы для смазочной жидкости.

Фиг.8 является разрезом предложенного двигателя, показывающим смазочные каналы, различно расположенные цилиндры разных размеров и положение точки впуска топлива.

Фиг.9 является видом предложенного двигателя в направлении, обозначенном Y на фиг.10.

Фиг.10 является разрезом предложенного двигателя, показывающим компрессор и расположение впускных и выпускных камер.

Фиг.11А-Н являются продольными разрезами камеры сгорания с видом группы противоположных поршней, иллюстрирующими положение впускных и выпускных отверстий и цикл двигателя.

Фиг.12 является поперечным разрезом цилиндров двигателя, показывающим положение входных отверстий для воздуха от турбонагнетателя и однопутевого клапана.

Фиг.13 является поперечным разрезом поршня, показывающим элементы поршневого кольца.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА

ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Если не указано другое, все технические термины, используемые здесь, имеют то же значение, которое обычно принято специалистами в данной области. Все упомянутые публикации включены посредством ссылок. Все упомянутые патенты США и патентные документы полностью включены посредством ссылок, включая чертежи.

Упоминание терминов в единственном числе предполагает, что может присутствовать по меньшей мере один элемент, обозначенный этим термином, то есть один или более. В качестве примера, "канал" означает один канал или более одного канала.

Перечисление числовых интервалов путем указания конечных точек включает все целые числа и, в соответствующих случаях, входящие в интервал дроби (например, от 1 до 5 может включать 1, 2, 3, 4, если речь идет, например, о количестве поршней, а также 1,5, 2, 2,75 и 3,80, когда говорится, например, о расстояниях).

Топливо означает любое топливо, пригодное для сжигания в двигателе, включая бензин, дизельное топливо, мазут, газ, метан, пропан и т.д. и их комбинации, но не ограничиваясь этим.

Настоящее изобретение относится к двигателю, в котором поршни перемещаются вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, при этом пара поршней расположены в одной и той же камере сгорания, и поступательное перемещение штоков поршней приводит к повороту приводного вала посредством двух качающихся шайб. Такие двигатели и их вариации известны в уровне техники, например, из Европейского патентного документа ЕР 0052387 и патента США №4202251, которые включены в настоящее описание посредством ссылки. Такой двигатель здесь называется "двигатель с параллельными поршнями" (РР engine), так как поршни расположены параллельно приводному валу.

Для большей ясности техническое описание двигателя с параллельными поршнями приводится далее со ссылками на чертежи. Фигуры используются только для иллюстрации описания двигателя с параллельными поршнями согласно изобретению. Другие конструкции и конфигурации двигателей с параллельными поршнями, которые могут быть выполнены специалистами, находятся в пределах установленного понятия двигателя с параллельными поршнями.

Двигатель с параллельными поршнями согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1, содержит блок 1 двигателя, в котором поршни 2', 2'' и 3', 3'' расположены попарно так, что пары противоположных поршней расположены в одной и той же камере 8 или 9 сгорания. Стенка камеры сгорания в преимущественном варианте может быть покрыта керамическим слоем или может быть выполнена из керамического материала. Пригодны также другие материалы, такие как содержащие алюминий сплавы, даже если использование керамики предпочтительно.

Количество поршней в предложенном двигателе с параллельными поршнями предпочтительно кратно двум, например 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 или 16. Фиг.1 изображает тип двигателя, содержащего четыре пары противоположных поршней (т.е. 8 поршней). Ниже будет рассмотрен также двигатель с параллельными поршнями, содержащий 2 пары цилиндров (т.е. 4 поршня).

Сгорание топливной смеси в каждой камере 8 или 9 сгорания осуществляется известными средствами и не рассматривается здесь подробно. Зажигание может осуществляться или управляться свечой зажигания, путем сжатия и/или посредством любого другого средства.

Чтобы передать поступательное перемещение поршня качающейся шайбе, каждый поршень 2', 2'', 3' и 3'' жестко соединен со штоком 10 поршня. Элементы поршня, штока поршня и соответствующие ползуны показаны на фиг.2, которая является видом в разобранном состоянии штока 10 поршня, присоединенного к поршню 2' на одном конце и к ползуну 11 на другом конце. Ползун 11 содержит центральный корпус с двумя параллельными стенками 12, закрытыми крышкой 13, которая привинчена к ползуну 11 четырьмя винтами 14, которые проходят через четыре отверстия 15 и привинчиваются к нижней пластине 13' ползуна 11. Ползун 11 может быть заключен в цилиндр 16, который на практике может быть цилиндрической полостью блока двигателя. Цилиндр имеет первый паз 17, ширина которого достаточна, чтобы обеспечить возможность движения качающейся шайбы 20'. Ширина корпуса между поверхностями 12 ползуна равна или немного больше, чем ширина параллельных поверхностей опорных элементов 18, 18'. Опорные элементы 18, 18', когда они собраны вместе, заключают внутри себя сферический соединительный элемент 19 качающейся шайбы 20'.

Половинные части опорных элементов 18, 18' располагаются соответствующим образом относительно друг друга благодаря шипам 21, имеющимся на одном элементе 18' и входящим при сборке в отверстия (не показаны), имеющиеся на противоположном опорном элементе 18.

В двигателе с параллельными поршнями только с одним или двумя сферическими соединительными элементами качающаяся шайба двигается только в одной плоскости, которая определяется плоскостью симметрии корпуса (X-X' на фиг.2) и, таким образом, также осью штока 10 поршня.

В случае, когда двигатель с параллельными поршнями снабжен качающейся шайбой, содержащей два сферических соединительных элемента, опорные элементы 18-18', в которых заключен сферический соединительный элемент 19, скользят без люфта вдоль поверхностей 12 указанного корпуса. В двигателе с параллельными поршнями, качающаяся шайба 20' которого имеет два сферических соединительных элемента 19 для двух пар поршней, может быть выполнен цилиндрический элемент 24, который является продолжением сферического соединения 23 (фиг.3). Цилиндрический элемент приспособлен помещаться между профильными направляющими средствами 25. Профильные направляющие средства 25, между которыми движется цилиндрический элемент 24, предотвращают вращение наружного кольца качающейся шайбы 20'.

Вращение поршня 2' (фиг.2) в двигателе с качающейся шайбой с четырьмя сферическими соединительными элементами предотвращается посредством расположенного на крышке 13 ползуна 11 стержня 26 с цилиндрическим элементом 27, заключенным между противоположными поверхностями продольного паза 28, выполненного на цилиндре 16 напротив широкого паза 17. Благодаря такой конструкции воздействие поперечной силы на ползун 11 и шток 10 поршня либо незначительно, либо полностью отсутствует. Опорные элементы 18-18', как и цилиндрический элемент 27, можно также видеть на фиг.1

Когда двигатель с параллельными поршнями имеет четыре пары поршней и, таким образом, четыре сферических соединительных элемента, стержень 22' с цилиндрическим элементом 23' может быть расположен между двумя сферическими соединительными элементами 19 (фиг.4).

Когда двигатель содержит качающуюся шайбу с двумя сферическими соединительными элементами, вращение поршня 2' (фиг.2А) может быть предотвращено посредством расположенного на ползуне 11 выступа 210 с плоскими ребрами, который перемещается внутри движущейся возвратно-поступательно удлиненной выемки в блоке двигателя или цилиндре 16. В этом случае также воздействие поперечной силы на ползун 11 и шток 10 поршня либо незначительно, либо полностью отсутствует.

На фиг.1 показаны две пары противоположных поршней, каждая из которых (2', 2'' или 3', 3'') соединена с отдельной качающейся шайбой. Поршни 2', 3'' передают силу через штоки 10 и ползуны 11 к сферическим соединительным элементам 19, которые не видны в верхней части чертежа и принадлежат качающимся шайбам, обозначенным общим номером позиции 20'. Цилиндрические элементы 27, так же как и противоположные пазы 17 и 28, также видны в этой верхней части фиг.1.

Качающаяся шайба 20' закреплена на приводном валу 29, который смонтирован на блоке двигателя на шариковом подшипнике 30. Качающаяся шайба 20, показанная в нижней части фиг.1 и ближняя к маховику 33, установлена на том же приводном валу. Механизм преобразования поступательного перемещения поршней во вращательное движение посредством приводного вала (т.е. качающейся шайбы) будет рассмотрен ниже.

Приводной вал 29 может быть присоединен к дальнему от маховика концу блока двигателя посредством шарикового подшипника 30, а к ближнему к маховику концу - посредством подшипника 32 скольжения. Маховик 33, прикрепленный к концу приводного вала 29, может содержать два соосных элемента 34 и 35.

Элемент 34, прикрепленный к приводному валу 29, может иметь углубление 36 для круглой кромки 37 элемента 35 маховика 33. Элемент 35 может слегка скользить вдоль приводного вала 29, но не вращается вместе с ним. Очевидно, что вращение приводного вала 29 является независимым от вращения элемента 35 маховика 33.

Как уже упоминалось выше, направляющие средства (например, 26, 27, 22', 23', 16) обеспечивают поступательный характер перемещения поршней 2', 2'' и 3', 3'' и ползуна 11. Кроме того, движение ограничивается только поступательным перемещением благодаря конструкции узла опорных элементов 18, 18' и сферических соединительных элементов 19 качающихся шайб 20 или 20' (фиг.2). Когда качающаяся шайба имеет два сферических соединительных элемента, движение качающейся шайбы происходит в одной плоскости, которая проходит через продольную ось приводного вала 20' и продольную ось (Y-Y', фиг.2) штоков 10 поршней. С другой стороны, когда качающаяся шайба имеет четыре сферических соединительных элемента 19, каждый из них описывает приблизительную траекторию в виде "восьмерки". Когда используется качающаяся шайба с четырьмя сферическими соединительными элементами 19, биение внутри корпуса 12 между его основанием, образующим основание ползуна, и нижней поверхностью крышки 13 в целом мало или отсутствует (фиг.2). С другой стороны, существует некоторое биение между параллельными поверхностями 12 корпуса, а также поступательное или возвратно-поступательное перемещение взад и вперед внутри этого корпуса из-за колебаний вверх и вниз каждого сферического соединительного элемента 19 внутри соответствующего ползуна 11.

Фиг.6 показывает качающуюся шайбу, содержащую кольцо 47, несущее, по меньшей мере, два диаметрально противоположных сферических соединительных элемента 19, соединенных с кольцом 47 выступом 22. Кольцо 47 присоединено к центральной ступице 48 и может поворачиваться относительно нее при помощи первого подшипника 49 и второго подшипника 50, расположенных на обеих сторонах указанного кольца 47. Указанные первый и второй подшипники 49, 50 предпочтительно являются игольчатыми подшипниками. Центральная ступица 48 удерживается на месте внутри кольца 47 посредством своего кольцевого выступа 58 и кольцевых элементов 59, смонтированных на кольце. Подшипник 50 может, кроме того, удерживаться в кольце 47 посредством круглого элемента.

В случае, когда подшипники 49, 50 являются игольчатыми подшипниками, цилиндрические элементы могут быть составлены из двух или трех коаксиальных элементов. Такая конструкция учитывает изменение угловой скорости этих элементов, возникающее, если рассматривать вращение центральной ступицы 48 по сравнению с кольцом 47.

Центральная ступица 48 имеет центральное отверстие 31, внутренний диаметр которого может соответствовать внешнему диаметру приводного вала 29. Ступица 48 имеет две внешние стороны 52 и 53, которые параллельны друг другу. Однако сторона ступицы 48, которая ближе к цилиндрическому телу 39 маховика, может быть выполнена так, чтобы контактировать с цилиндрическим телом 39. Соответственно, ступица может иметь выемку 55, в которой может располагаться соответствующий край цилиндрического тела. Также на фиг.6 показано отверстие 31, которое поворачивается с центральной ступицей 48 качающейся шайбы и обеспечивает осевое смещение к приводному валу 29.

Игольчатый подшипник или, в случае принудительной подачи смазки, подшипник скольжения может быть расположен между кольцом 47 и ступицей 48, как показано номером 56 на фиг.6. Средства балансировки ступицы могут иметь отверстия 58 (фиг.5, фиг.1) с одной стороны и болты 59 (фиг.1) с другой, расположенные на внешних сторонах 52 и 53 центральной ступицы 48.

На фиг.6 один из сферических соединительных элементов 19 имеет резьбовой осевой канал 510, в который может завинчиваться выступ 23 цилиндрического элемента 27. Эти элементы показаны на фиг.3.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям базовой концепции двигателя с параллельными поршнями. Такой двигатель не ограничивается приведенным выше описанием, которое дано только для иллюстрации, но может быть применено к любому подходящему двигателю с параллельными поршнями.

В описании ниже дается ссылка на чертежи, которые являются примерами отдельных вариантов выполнения изобретения, которые не являются ограничивающими. Специалист может адаптировать усовершенствованный двигатель с параллельными поршнями и замещающие компоненты и свойства согласно обычной для специалистов в данной области практике.

Износ качающихся шайб

Качающиеся шайбы двигателей с параллельными поршнями подвержены износу из-за сил, действующих в соединениях, которые преобразуют поперечное движение поршней во вращательное движение приводного вала. Усовершенствования конструкции качающейся шайбы согласно настоящему изобретению неожиданно привели к улучшенному распределению сил в подшипниках качающейся шайбы, причем эти усовершенствования не требуют технически более сложных компонентов или более прочных подшипников.

Один вариант настоящего изобретения представляет собой двигатель с параллельными поршнями, в котором расстояние d1 (фиг.8) между первым и вторым подшипниками 49, 50 качающейся шайбы 20, 20' является максимальным, а сферический соединительный элемент 19 расположен посередине между этими двумя подшипниками. Расстояние d1 ограничено расстоянием между поршнем 2', 2'' и приводным валом 29: чем дальше они отстоят друг от друга, тем большее расстояние d1 можно установить. Расстояние d1 для конкретного приводного вала/конфигурации поршня можно сделать максимальным, когда