ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F01K5/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве силового агрегата транспортных средств.

Известен свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом, который содержит цилиндр, в котором размещен поршень, разделяющий внутренний объем цилиндра на камеру сгорания и подпоршневую полость, напорную и сливную магистрали, сообщенные с подпоршневой полостью через обратные клапаны, нагрузочный гидромотор, механизм газораспределения.

Большое количество деталей в этом двигателе, наличие гидравлической передачи влечет за собой усложнение технологического процесса его изготовления, значительную металлоемкость и, как следствие, недостаточно высокий КПД. Наличие рабочей жидкости так же, как и большое количество деталей увеличивает сумму отказов.

Известен также выбранный в качестве прототипа тепловой двигатель с вращающимся блоком цилиндров и неподвижным коленчатым валом, системой отверстий газораспределения, направляющим аппаратом, газовой турбиной.

Однако наличие лопаточного аппарата, отсутствие надежного уплотнения вызывают потери энергии газа, что снижает КПД двигателя.

Целью изобретения является повышение КПД, уменьшение металлоемкости и количества эксплуатационных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с камерами переменного объема, в которых расположены жестко связанные между собой поршни, на корпусе, жестко закрепленном на валу, диаметрально противоположно с возможностью поворота вокруг своей оси установлены реактивные сопла, связанные каналами через золотниковые клапаны с камерами переменного объема. Кроме того, центр тяжести золотникового клапана смещен относительно оси его вращения, причем r₂ > r₁.

Жесткое закрепление корпуса на валу обеспечивает съем мощности с вала двигателя без дополнительных передаточных механизмов, диаметрально противоположная установка реактивных сопел на корпусе позволяет создавать работу расширения газов без установки газовой турбины. Связь реактивных сопел с камерами переменного объема через золотниковый клапан исключает наличие трубопроводов. Смещение центра тяжести золотникового клапана относительной своей оси и наличие фиксирующего устройства с пружиной позволяет осуществлять привод клапана силой рабочего газа без установки механического привода. Возможность поворота реактивных сопел вокруг своей оси позволяет осуществлять изменение направления вращения корпуса двигателя на обратное без установки дополнительных механических устройств.

Технических решений, аналогичных заявленному, не обнаружено.

На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема работы клапана при холостом ходе; на фиг. 4 и 5 - схема работы клапана при работе двигателя под нагрузкой.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с камерами 2 переменного объема, разделенными перегородками 3 с клапанами 4. Корпус 1 жестко закреплен на валу 5. В камерах переменного объема расположены поршни 6, закрепленные на концах коромысла 7. Коромысло с поршнями свободно посажено на вал. Камеры переменного объема корпуса закрыты торцевой крышкой 8. На корпусе закреплены поворотные реактивные сопла 9. В корпусе расположены радиальные щелевые каналы 10. Вал установлен в подшипниках рамы 11.

Двигатель работает следующим образом.

Подача топлива и его воспламенение производятся традиционным методом, газообмен - через радиальные щелевые каналы 10. Смазка трущихся поверхностей осуществляется методом нанесения твердых самосмазывающих материалов на одну из деталей пары трения.

При сгорании топлива в камерах 2 переменного объема развивается высокое давление газов, которое действует на поршень 6, стенки и золотниковый клапан 4. Поршни 6 совершают колебательное движение с коромыслом 7 на валу 5. Под действием высокого давления газа клапан 4 поворачивается вокруг своей оси и открывает канал в реактивное сопло 9. Проходя с большой скоростью через реактивное сопло, газ создает реактивную тягу, обеспечивая вращение корпуса 1 и крутящий момент на валу 5. Мощность снимается с вала 5. Величина силы открытия клапана 4 устанавливается силой затяжки пружины и отношением r₂ > r₁ таким образом, что при холостом ходе клапан 4 закрыт (фиг. 3) и газ в реактивное сопло не поступает. Угловое перемещение клапана фиксируется подпружиненным роликом и канавками на клапане. Поршень при этом совершает только колебательное движение, корпус 1 не вращается, газообмен происходит только через радиальные щелевые каналы 10. При увеличении подачи топлива в камеру 2 возрастает давление газов и клапан 4 открывается, направляя газ в реактивное сопло 9 (фиг. 4 и 5), и происходит вращение корпуса 1 вместе с валом 5, а поршни совершают колебательное движение и вращательное вместе с корпусом 1. Реверсирование движения корпуса 1 осуществляется поворотом сопел 9 на 180^о, что позволяет осуществить торможение машины и задний ход. Мощность двигателя регулируется величиной подачи топлива в камеру сгорания.

Критическое сечение сопла, вес поршней находятся в определенной зависимости, поэтому расчет этих элементов производится в зависимости от величины заявленной мощности.

Предлагаемый двигатель можно использовать на транспортных средствах, при этом не требуется установки муфты сцепления и коробки передач.

Такое выполнение двигателя позволит уменьшить затраты на единицу мощности при его изготовлении и эксплуатации, упростить управление транспортной машиной.

Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит установленный с возможностью вращения и жестко связанный с выходным валом корпус с камерами переменного объема с размещенными в них и связанными между собой поршнями и выпускные клапаны, причем камеры связаны с атмосферой через сопла. Камеры попарно связаны с соответствующим данной паре соплом, ориентированы оппозитно, поршни выполнены двусторонними и жестко связаны между собой, выпускные клапаны выполнены в виде поворотных золотников со смещенными центрами тяжести относительно их оси и двумя цилиндрическими частями, цилиндрические поверхности которых выполнены с неравными радиусами, причем части с большим радиусом выполнены с возможностью перекрытия канала сопла или одного из пары выпускных каналов и фиксации их в одном из указанных положений. 5 ил.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий установленный с возможностью вращения и жестко связанный с выходным валом корпус с камерами переменного объема с размещенными в них и связанными между собой поршнями и выпускные клапаны, причем камеры связаны с атмосферой через сопла, отличающийся тем, что камеры попарно связаны с соответствующим данной паре соплом, ориентированы оппозитно, поршни выполнены двусторонними и жестко связаны между собой, выпускные клапаны выполнены в виде поворотных золотников со смещенными относительно их оси вращения центрами тяжести и двумя цилиндрическими частями, цилиндрические поверхности которых выполнены с неравными радиусами, причем части с большим радиусом выполнены с возможностью перекрытия канала сопла или одного из пары выпускных каналов и фиксации их в одном из указанных положений.