ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к машиностроению.

Известны газотурбинные двигатели внутреннего сгорания, (ДВС), содержащие камеру сгорания топливный насос, форсунки, компрессор, турбину с ведомым валом. Валы этих двигателей прямые и просты по конструкции.

Однако, газотурбинные двигатели в общем сложны по конструкции, громоздки и потому имеют лишь узкоспециализированное применение.

Известен ДВС, содержащий цилиндровый корпус с валом, крышками цилиндров, поршнями в цилиндрах и промежуточными звеньями (шатунами), соединяющими поршни с валом.

Цилиндры выполняются с применением сменных гильз или без них и притом с классной обработкой внутренней поверхности по точности размера и чистоте поверхности. Поршень выполняется с классной обработкой отверстия под поршневой палец и снабжается поршневыми кольцами и другими деталями. Коленчатый вал устанавливается в корпусе на концевых подшипниках качения и промежуточных подшипниках скольжения и соединен с поршнями при помощи промежуточных звеньев-шатунов. Рабочее перемещение поршня передается шатуном на коленчатый вал, благодаря чему последний вращается.

За счет рабочего хода одних поршней происходит возврат других посредством коленчатого в исходное положение с сообщением ими необходимого давления предварительного сжатия топливной смеси.

Цилиндровый корпус известного двигателя сложный прежде всего по классу точности исполнения полости цилиндра и чистоте обработки, по конструкции подшипниковых опор со сложной системой смазки и охлаждения подшипников скольжения. Подшипники эти недостаточно долговечны в сравнении с подшипниками качения.

Поршень с классным отверстием под поршневой палец, многочисленными канавками под кольца и отверстиями для протока смазки. Коленчатый вал и шатун с разъемной головкой и подшипниками скольжения сложны по конструкции и недостаточно долговечны.

Поршневые кольца недостаточно надежны в работе - происходит прорыв газов в запоршневое пространство, вследствие чего не менее чем на 7-8%, снижается давление газов в цилиндре. Соответственно снижается мощность двигателя, его КПД и удельная мощность по весу (как и по причине тяжеловесности двигателя).

Прорыв газов в запоршневое пространство ограничивает также ассортимент применяемых топлив, применение более энергоемких топлив, в частности порохов, газы которых могут неблагоприятно реагировать с поршневой парой, смазкой и поверхностями тел запоршневого пространства.

Прорывом же газов нарушается смазка твердых трущихся пар, образованных кольцами с поршнем и стенкой цилиндра, вследствие чего эти детали изнашиваются в процессе работы, что приводит к увеличению прорыва газов в запоршневое пространство и снижению мощности двигателя, его КПД.

Поршневые кольца недостаточно долговечны по износу и недостаточно надежны в работе по случайным поломкам, приводящим к выходу из строя цилиндра и поршня.

Известный двигатель сложен по конструкции и не позволяет регулировать скорость вращения вала и крутящий момент на нем, что вызывает необходимость применять редуктор при агрегатировании двигателя с исполнительным устройством. Редуктор же вызывает усложнение агрегата, снижение КПД агрегата.

По причине наличия множества трущихся пар и прорыва газов в запоршневое пространство известный двигатель вызывает значительные непроизводительные затраты топлива.

Известен мембранный двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя цилиндровый корпус с одной камерой сгорания и мембранным поршнем в ней, прямой вал и передаточный шатунно-кривошипнозубчатый механизм, связывающий мембрану с валом, систему охлаждения мембраны впрыском воды в камеру сгорания. При этом мембрана выполнена составной в виде пакета тонких мембран, снабжена теплозащитной асбестовой мембраной, установленной со стороны камеры сгорания, и телескопической опорой на рычагах, установленной со стороны картера. Мембрана заделана по краям в камере сгорания, телескопическая опора ее соединена пальцем с шатуном передаточного механизма.

Этот одноцилиндровый мембранный ДВС обладает всеми недостатками известных одноцилиндровых ДВС.

Целью изобретения является разработка мембранно-поршневого ДВС более простой, долговечной и надежной конструкции с более высоким КПД и удельной мощностью по весу, позволяющего применить более широкий ассортимент топлив , в том числе более энергоемкие, например, пороховые топлива для повышения мощности двигателя, а также регулировать скорость вращения вала и крутящий момент на нем.

Это достигается выполнением мембранного поршня в виде штока с головкой несколько меньшей диаметра цилиндра и с гофрированной мембраной (или сильфоном типа отбуртованного стакана), герметично заделанной на головке штока и в разъеме корпуса и крышки цилиндра (сильфон применяется в случае длинноходовых цилиндров и может быть заделан буртом не только в указанном разъеме, но и на донышке цилиндра); выполнением цилиндра без классной обработки и снабжением его донышком с центральным отверстием под поршневой шток, который также снабжен герметизирующей гофрированной манжетой, установленной в цилиндре на или вне цилиндра; выполнением ДВС многоцилиндровым; наполнением подмембранных полостей цилиндров сжатым воздухом для возврата поршней в исходное положение после выхлопа газов из надмембранной камеры сгорания и сообщением подмембранных полостей между собой для создания необходимого давления предварительного сжатия топливной смеси в камерах сгорания за счет рабочего хода поршней смежных цилиндров; выполнением вала прямым и установлением на подшипниках качения вместо подшипников скольжения промежуточных опор и при том на недвижной (относительно корпуса) опоре; применением муфты обгона, установленной на валу и сцепленной с поршневым штоком при помощи узла сцепления, в качестве промежуточного звена (шатуна); выполнением узла сцепления в виде радиально-пазовых ушек на обойме муфты обгона и пальца с ползушками на нем, установленного на штоке, благодаря чему перемещением вала на сдвижной опоре относительно корпуса осуществляется плавное регулирование скорости вращения вала и крутящего момента на нем, либо выполнением в виде зубчатого зацепления хвостовика штока со сменным сегментом на обойме муфты обгона - для ступенчатого регулирования, что предпочтительно применить на двигателях с длинноходовыми цилиндрами (с увеличением хода поршня возрастает длина ушка муфты и соответственно возрастают размеры подцилиндровой части корпуса - утяжеляется двигатель).

При необходимости более быстрого охлаждения мембраны, например, в случае применения порохового топлива, последняя выполняется двухслойной с возможностью охлаждения изнутри (водой, воздухом или туманом).

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый ДВС.

Он содержит многоцилиндровый корпус 1 с поршнями, выполненными соединением штоков 2 с гофрированными мембранами 3, закрепленными на корпусе крышками 4 цилиндров, снабженных донышками с отверстием под шток с уплотнительной гофрированной манжетой 5, прямой вал 6 с подшипниками качения и муфтами 7 обгона, установленный на сдвижной опоре 8, узел 9 сцепления, выполненный в виде радиально-пазовых ушек на обойме муфты обгона и пальца с ползушками на штоке; червячно-гайко-винтовой привод 10 сдвижной опоры.

Подмембранные полости цилиндров сообщены между собой и наполнены сжатым воздухом.

Предлагаемый ДВС может быть выполнен с общей внецилиндровой камерой сгорания или взрывной пороховой камерой, снабженными распределителем газов по цилиндрам.

Выход штоков поршней во внецилиндровое пространство позволяет осуществить непосредственно от них управление клапанами, топливной аппаратурой и другими устройствами двигателя и тем самым упростить существующую систему управления, содержащую сложные распределительные валы.

Кроме того, представляется возможность осуществить выхлоп через шток поршня для упрощения конструкции крышки цилиндра. Применение предлагаемого ДВС позволит сэкономить топливо.

Использование: изобретение относится к двигателестроению. Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндровый корпус 1, поршень в виде мембраны 3, связанный с штоком 2 и уплотнением 5, прямой вал 6 с обгонной муфтой 7, установленной на опоре 8, имеющей возможность перемещения, узел 9 сцепления и привод 10 опоры. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, цилиндры с крышками, мембранные поршни, установленные в цилиндрах, выходной вал с опорами, установленными в корпусе, механизм преобразования движения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, поршень выполнен в виде гофрированной мембраны, герметично заделанной в разъеме между крышкой и корпусом и жестко связанной с головкой штока, диаметр которой меньше диаметра цилиндра, в нижней части корпуса и в донышке цилиндра выполнены направляющие для штока, причем последние снабжены уплотнением выполненным в виде гофрированной манжеты, выходной вал выполнен цилиндрическим, а механизм преобразования движения выполнен в виде ползуна, шарнирно связанного со штоком и кинематически связанного с радиальной кулисой, жестко соединенной с обгонной муфтой, установленной на выходном валу, опоры которого выполнены с возможностью перемещения, причем подмембранные полости цилиндров выполнены сжатым воздухом и связаны между собой. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что мембрана выполнена в виде сильфона.