ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B57/00 F02B57/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в насосо- и компрессоростроении.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, выходной вал, ротор с по меньшей мере парой цилиндров, закрепленный на выходном валу, по меньшей мере пару поршней, установленных в цилиндрах, ролики, кинематически связанные со штоками поршней и установленные с возможностью взаимодействия с внутренней криволинейной поверхностью, и газораспределительный механизм.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, выходной вал, ротор с по меньшей мере парой цилиндров, закрепленный на выходном валу, по меньшей мере пару поршней, установленных в цилиндрах, ролики, кинематически связанные со штоками поршней, установленные с возможностью взаимодействия с внутренней криволинейной поверхностью, и газораспределительный механизм, причем в цилиндрах выполнены газораспределительные отверстия.

Недостатком данных двигателей является ненадежная работа в четырехтактном рабочем цикле при пуске, малых оборотах и увеличении нагрузки вследствие того, что поршни выводятся из верхних мертвых точек за счет центробежных сил, а наличие ударных нагрузок на ролики и корпус вследствие возможного не постоянного контакта их с внутренней поверхностью корпуса, что снижает долговечность двигателя.

Цель изобретения повышение надежности работы двигателя в четырехтактном рабочем цикле при пуске, малых оборотах и увеличении нагрузки вследствие вывода поршней из верхних мертвых точек за счет инерции вращения ротора, повышение долговечности двигателя вследствие уменьшения ударных нагрузок на ролики за счет постоянного контакта их с внутренней поверхностью корпуса.

Поставленная цель достигается тем, что в четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, выходной вал, ротор с по меньшей мере парой цилиндров, закрепленный на выходном валу, по меньшей мере пару поршней, установленных в цилиндрах, ролики, кинематически связанные со штоками поршней и установленные с возможностью взаимодействия с внутренней криволинейной поверхностью, и газораспределительный механизм, причем в цилиндрах выполнены газораспределительные отверстия, снабжен по меньшей мере парой кронштейнов, закрепленных на выходном валу, по меньшей мере одним двуплечим и одним одноплечим рычагами, шарнирно установленными на концах кронштейнов, по меньшей мере одной тягой, причем первый кронштейн шарнирно связан с одноплечим рычагом, шток с роликом первого поршня жестко связан с одноплечим рычагом, второй кронштейн шарнирно связан с серединой двуплечего рычага, шток с роликом второго поршня жестко связан с первым плечом двуплечего рычага, тяга шарнирно связана с вторым плечом двуплечего рычага и штоком первого поршня, а штоки, поршни и цилиндры выполнены дугообразными, двигатель, выполненный с нечетным числом цилиндров, снабжен кольцом, соединяющим цилиндры, газораспределительный механизм выполнен в виде газораспределительной втулки, установленной между кольцом и выходным валом и кинематически связанной с последней с передаточным соотношением 1: 2, в кольце выполнены радиальные отверстия, сообщенные с газораспределительными отверстиями цилиндров, оси радиальных отверстий первых цилиндров и оси радиальных отверстий вторых цилиндров размещены в различных плоскостях, перпендикулярных оси вращения выходного вала, в газораспределительной втулке выполнены впускные каналы и радиальные выпускные каналы с возможностью периодического сообщения с радиальными отверстиями, выходной вал выполнен полым с дополнительными выпускными радиальными каналами, выполненными с возможностью сообщения с полостью вала с одной стороны и с возможностью периодического сообщения с радиальными выпускными каналами, причем радиальные отверстия, радиальные выпускные каналы и дополнительные радиальные выпускные каналы, сообщенные с первыми цилиндрами, смещены относительно аналогичных отверстий и каналов, сообщенных с вторыми цилиндрами, по направлению вращения выходного вала.

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез (два варианта); на фиг. 3-6 газораспределительный механизм предлагаемого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с тремя парами цилиндров.

Предлагаемый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (см. фиг. 1, вариант 1), содержит корпус 1 с внутренними криволинейными поверхностями 11 и 12, выходной вал 2, ротор с парой цилиндров 3 и 4, закрепленный на выходном валу 2, пару поршней 5 и 6, установленных в цилиндрах 3 и 4, ролики 9 и 10, кинематически связанные со штоками 7 и 8 поршней 5 и 6 и установленные с возможностью взаимодействия с внутренними криволинейными поверхностями 11 и 12, пару кронштейнов 13 и 14, закрепленных на выходном валу 2, двуплечий 16 и одноплечий 15 рычаги, шарнирно установленные на концах кронштейнов 13 и 14. Первый кронштейн 13 шарнирно связан с одноплечим рычагом 15, который жестко связан со штоком 7 первого поршня 5. Второй кронштейн 14 шарнирно связан с серединой двуплечего рычага 16, первое плечо которого жестко связано со штоком 8 второго поршня 6. Второе плечо двуплечего рычага 16 шарнирно связано тягой 17 со штоком 7 первого поршня 5. Штоки 7 и 8, поршни 5 и 6 цилиндры 3 и 4 выполнены дугообразными. Аналогичным образом выполнена другая пара цилиндров, т. е. данный вариант двигателя выполнен с четным числом пар цилиндров. Внутренняя криволинейная поверхность корпуса 1 выполнена в виде двух криволинейных поверхностей 11 и 12 с возможностью взаимодействия с ними соответствующих роликов первых и вторых цилиндров каждой пары цилиндров (ролики первых цилиндров и криволинейная поверхность 11 выполнены двойными). Профили поверхностей 11 и 12 взаимосвязаны. Поршни 5 и 6 имеют разный ход.

Предлагаемый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (см. фиг. 2, вариант 2) содержит корпус 1 с внутренними криволинейными поверхностями 11 и 12, выходной вал 2, ротор с парой цилиндров 3 и 4, закрепленный на выходном валу 2, пару поршней 5 и 6, установленных в цилиндрах 3 и 4, ролики 9 и 10, кинематически связанные со штоками 7 и 8 поршней 5 и 6 и установленные с возможностью взаимодействия с внутренними криволинейными поверхностями 11 и 12, пару кронштейнов 13 и 14, закрепленных на выходном валу 2, двуплечий рычаг 16 и одноплечий 15 рычаги, шарнирно установленные на концах кронштейнов 13 и 14. Первый кронштейн 13 шарнирно связан с одноплечим рычагом 15, который жестко связан со штоком 7 первого поршня 5. Второй кронштейн 14 шарнирно связан с серединой двуплечего рычага 16, первое плечо которого жестко связано со штоком 8 второго поршня 6. Второе плечо двуплечего рычага 16 шарнирно связано тягой 17 со штоком 7 первого поршня 5. Штоки 7 и 8, поршни 5 и 6 и цилиндры 3 и 4 выполнены дугообразными. Аналогичным образом выполнены две другие пары цилиндров, т. е. данный вариант двигателя выполнен с нечетным числом пар цилиндров. Двигатель может иметь только одну или две пары цилиндров с сохранением угла между парными цилиндрами и профиля внутренних криволинейных поверхностей.

Газораспределительный механизм четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с тремя парами цилиндров выполнен следующим образом. Все цилиндры соединены кольцом 18. Между кольцом 18 и выходным валом 2 установлена газораспределительная втулка 19, кинетически связанная с последним с передаточным соотношением 1:2. В кольце 18 выполнены радиальные отверстия 20, 21, 22, сообщенные с газораспределительными отверстиями первых цилиндров, и радиальные отверстия 23, 24, 25, сообщенные с газораспределительными отверстиями вторых цилиндров. Оси радиальных отверстий первых цилиндров и оси радиальных отверстий вторых цилиндров размещены в различных плоскостях, перпендикулярных оси вращения входного вала 2. В газораспределительной втулке 19 выполнены впускные каналы 33, 34, 35 с возможностью периодического сообщения с радиальными отверстиями 20, 21, 22 первых цилиндров и впускные 36, 37, 38 с возможностью периодического сообщения с радиальными отверстиями 23, 24, 25 вторых цилиндров. Впускные каналы соединены общим впускным каналом 32. В газораспределительной втулке 19 выполнены радиальные выпускные каналы 39, 40, 41 с возможностью периодического сообщения с радиальными отверстиями 20, 21, 22 первых цилиндров и радиальные выпускные каналы 42, 43, 44 с возможностью периодического сообщения с радиальными отверстиями 23, 24, 35 вторых цилиндров. Выходной вал 2 выполнен полым с дополнительными выпускными радиальными каналами 26, 27, 28, 29, 30, 31, выполненными с возможностью сообщения с полостью вала 2 с одной стороны и с возможностью периодического сообщения с радиальными выпускными каналами 39, 40, 41, 42, 43, 44. Дополнительные радиальные каналы 26, 27, 28 предназначены для первых цилиндров, дополнительные радиальные каналы 29, 30, 31 предназначены для вторых цилиндров. Радиальные отверстия 20, 21, 22, впускные каналы 33, 34, 35, радиальные выпускные каналы 39, 40, 41 и дополнительные радиальные выпускные каналы 26, 27, 28, сообщенные с первыми цилиндрами, смещены относительно аналогичных отверстий и каналов, сообщенных с вторыми цилиндрами, по направлению вращения выходного вала 2. Газораспределительная втулка 19 может быть снабжена проводом для подачи высокого напряжения на свечи зажигания первых цилиндров и проводом для подачи высокого напряжения на свечи зажигания вторых цилиндров.

Предлагаемый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении выходного вала 2 ролик 9 первого цилиндра 3 обкатывает внутреннюю криволинейную поверхность 11 корпуса 1, при этом поршень 5 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 3, образуя объемы для организации рабочего процесса двигателя. При вращении выходного вала 2 ролик 10 второго цилиндра 4 обкатывает внутреннюю криволинейную поверхность 12 корпуса 1, при этом поршень 6 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 4, образуя объемы для организации рабочего процесса двигателя. Ролик 10, взаимодействуя с криволинейной поверхностью 12 (вращение по часовой стрелке), выводит поршень 6 из нижней мертвой точки, при этом через двуплечий рычаг 16, тягу 17 выводится из верхней мертвой точки поршень 5. После поворота (на 90^о в первом варианте и на 60^о во втором варианте) ролик 9, взаимодействуя с криволинейной поверхностью 11, выводит поршень 5 из нижней мертвой точки, при этом через тягу 17, двуплечий рычаг 16 поршень 6 выводится из верхней мертвой точки. Вывод поршней из верхних мертвых точек за счет сил инерции, а не центробежных сил, обеспечит надежную работу четырехтактного двигателя внутреннего сгорания при пуске, малых оборотах и при увеличении нагрузки на выходной вал. Постоянное взаимодействие роликов с внутренними криволинейными поверхностями корпуса уменьшит ударные нагрузки на ролики и корпус, что повысит долговечность двигателя. Таким образом организуется рабочий процесс четырехтактного двигателя внутреннего сгорания или работа в качестве насоса.

Газораспределение четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с тремя парами цилиндров происходит следующим образом. Частота оборотов газораспределительной втулки 19 в два раза меньше частоты оборотов выходного вала 2. Топливовоздушная смесь из впускного канала 33 через отверстие 20 поступает в цилиндр 3, а отработавшие газы из цилиндра 4 через отверстие 23, радиальный выпускной канал 42, дополнительный выпускной радиальный канал 29, выводится в полость выходного вала 2. После поворота выходного вала 2 на 60^о газораспределительная втулка 19 повернется на 30^о и отверстие 20 перекроется стенкой втулки 19, а в цилиндр 4 через отверстие 23 из впускного канала 36 будет поступать топливовоздушная смесь. После поворота выходного вала 2 на 120^о в цилиндре 3 закончится сжатие топливовоздушной смеси. После воспламенения смеси в цилиндре 3 поршень 5 начнет рабочий ход, а отверстие 23 цилиндра 4 перекроется стенкой втулки 19. После поворота выходного вала на 180^о рабочий ход поршня 5 закончится, а в цилиндре 4 закончится сжатие топливовоздушной смеси. Цилиндр 3 через отверстие 20, радиальный выпускной канал 39, дополнительный выпускной радиальный канал 26 соединяется с полостью выходного вала 2 для выхлопа отработавших газов, а цилиндре 4 после воспламенения топливовоздушной смеси поршень 6 начнет рабочий ход. После поворота выходного вала 2 на 240^о в цилиндре 3 через отверстие 20 из впускного канала 34 начнет поступать топливовоздушная смесь, а цилиндр 4 через отверстие 23, радиальный выпускной канал 43, дополнительный выпускной радиальный канал 29 соединится с полостью выходного вала 2 для выхлопа отработавших газов, т. е. цикл повторится. Аналогичным образом осуществляется газораспределение в других двух парах цилиндров с повторением цикла через 240^о оборота выходного вала 2. Таким же образом может быть осуществлено газораспределение в двигателе с другим нечетным количеством пар цилиндров, а при четном количестве пар цилиндров газораспределительная втулка 19 неподвижна.

Использование: двигателестроение, а также насосы и компрессоры. Сущность изобретения: четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с внутренними криволинейными поверхностями 11 и 12, выходной вал 2 с кронштейнами 13 и 14. Дугообразные цилиндры 3 и 4 связаны с кронштейнами 13 и 14. Последние шарнирно связаны с одноплечими рычагами 15 и с двуплечими рычагами 16. Одноплечий рычаг 15 жестко связан со штоком 7 первого поршня 5. Первое плечо двуплечего рычага жестко связано со штоком 8 второго поршня 6. Второе плечо двуплечего рычага 16 шарнирно связано тягой 17 со штоком 7 первого поршня 5. Поршни 5 и 6 через ролики 9 и 10 взаимодействуют с криволинейными поверхностями 11 и 12. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, выходной вал, ротор с по меньшей мере парой цилиндров, закрепленный на выходном валу, по меньшей мере пару поршней, установленных в цилиндрах, ролики, кинематически связанные с штоками поршней и установленные с возможностью взаимодействия с внутренней криволинейной поверхностью, и газораспределительный механизм, причем в цилиндрах выполнены газораспределительные отверстия, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, двигатель снабжен по меньшей мере парой кронштейнов, закрепленных на выходном валу, по меньшей мере одним двуплечим и одним одноплечим рычагами, шарнирно установленными на концах кронштейнов, по меньшей мере одной тягой, причем первый кронштейн шарнирно связан с одноплечим рычагом, шток с роликом первого поршня жестко связан с одноплечим рычагом, второй кронштейн шарнирно связан с серединой двуплечего рычага, шток с роликом второго поршня жестко связан с первым плечом двуплечего рычага, тяга шарнирно связана с вторым плечом двуплечего рычага и штоком первого поршня, а штоки, поршни и цилиндры выполнены дугообразными. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с нечетным числом пар цилиндров и снабжен кольцом, соединяющим цилиндры, газораспределительный механизм выполнен в виде газораспределительной втулки, установленной между кольцом и выходным валом и кинематически связанной с последним с передаточным отношением 1 2, в кольце выполнены радиальные отверстия, сообщенные с газораспределительными отверстиями цилиндров, оси радиальных отверстий первых цилиндров и вторых цилиндров размещены в различных плоскостях, перпендикулярных оси вращения выходного вала, в газораспределительной втулке выполнены впускные и радиальные выпускные каналы с возможностью периодического сообщения радиальными отверстиями, выходной вал выполнен полым с дополнительными выпускными радиальными каналами, выполненными с возможностью сообщения с полостью вала с одной стороны и с возможностью периодического сообщения с радиальными выпускными каналами, причем радиальные отверстия, радиальные выпускные каналы и дополнительные радиальные выпускные каналы, сообщенные с первыми цилиндрами, смещены относительно аналогичных отверстий и каналов, сообщенных с вторыми цилиндрами, по направлению вращения выходного вала.