КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F02B57/00 

Предлагаемый комбинированный двигатель может найти применение в народном хозяйстве.

Известен комбинированный двигатель, на входе цилиндров которого установлен центробежный компрессор.

Недостаток такого двигателя состоит в том, что в цилиндрах такого двигателя осуществляют дополнительное сжатие. При этом расход воздуха через цилиндры двигателя получается меньше, чем расход воздуха через цилиндры при наполнении их воздухом, сжатым до расчетного значения степени повышения компрессором.

Кроме этого, у этого комбинированного двигателя на цилиндрах от поршней возникают боковые силы от воздействия волнистых направляющих, что приводит к потере эффективной мощности.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Это достигается выполнением на концах штоков поршней вилок с роликами, установленными между концами штоков поршней, и кулачками привода штоков, расположенными на введенном в двигатель диске, причем двигатель снабжен кулачковым диском привода клапанов, соединенным с упомянутым диском, при этом по обе стороны упомянутых роликов, на вилках, в пазах неподвижных цилиндров корпуса установлены введенные в двигатель ролики качения, а тракт выхода газов из цилиндров сообщен с выходом компрессора посредством смесителя и со входом тракта расширительной машины, при этом кулачки привода штоков поршней выполнены с площадками на участках поворота диска этих кулачков, соответствующими положениям поршней в нижних мертвых точках и фазам смесеобразования, сжигания топлива и расширения газов.

На фиг. 1 представлен комбинированный двигатель, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг. 1 (после поворота ротора на 180^о по отношению к первоначальному, принятому положению отсчета); на фиг.5 разрез В-В на фиг.1; на фиг.6 развертка Г-Г на фиг.1, по клапанам отвода газов; на фиг.7 то же, по клапанам подвода воздуха из компрессора к цилиндрам; на фиг.8 разрез Д-Д на фиг.1; на фиг.9 разрез Е-Е на фиг.1; на фиг.10 разрез И-И на фиг.1; на фиг.11 разрез Ж-Ж на фиг.3; на фиг.12 развертка С-С на фиг.1; на фиг.13 узел I н фиг.1; на фиг.14 развертка Г-Г на фиг.1 по клапанам выхлопа газов, при кол-ве цилиндров, равном 4; на фиг.15 то же, по клапанам подвода воздуха, при кол-ве цилиндров 4.

На входе двигателя (фиг. 1) установлен роторный компрессор 1. Этот компрессор может быть выполнен также винтовым объемного типа. Ротор этого компрессора обозначен позицией 2. На цилиндрических поверхностях этого ротора, расположенных эксцентрично относительно оси вращения ротора, на подшипниках установлена гильза 3. Для балансировки на роторе выполнена выемка 4. Ротор 2 установлен на подшипниках 5 и 6, гильза 3 на роторе на подшипниках 7, 8.

Со стороны входа компрессора 1 жестко на валу ротора 2 установлен распределитель 9 воздуха из атмосферы по камерам рабочего тела.

Со стороны выхода воздуха из компрессора 1 установлен распределитель 10 воздуха, закрепленный также жестко на валу ротора 2 компрессора.

Выходной канал из одних камер рабочего тела компрессора обозначен позицией 11, а выходной канал из других камер рабочего тела компрессора позицией 12.

Выходной канал 11 через соответствующие клапана сообщен со входом цилиндров 13, в которых расположены поршни 14. На концах штоков 15 поршней расположены вилки 16, в центральной части которых расположены ролики 17 качения, опирающиеся на кулачки 18.

По обе стороны роликов 17, на вилках 16 штоков поршней расположены ролики качения 19 и 20, установленные также в пазах 21 и 22 неподвижных цилиндров 23 и 24 корпуса.

Кулачки 18 установлены на диске 25, закрепленном на валу.

Клапана выхлопа газов из цилиндров 13 обозначены позицией 26, а клапана подвода воздуха из компрессора к цилиндрам позицией 27. Пружины этих клапанов обозначены соответственно позициями 28 и 29.

За каналом 12 выхода воздуха из соответствующих камер рабочего тела компрессора установлен смеситель 30 этого воздуха и продуктов сгорания из цилиндров 13 при расширении газов при нахождении поршней в нижних мертвых точках за определенный поворот диска кулачков 18.

Канал отвода газовоздушной смеси за смесителем 30 обозначен позицией 31. За каналом 31 (фиг.1) расположена машина 32 расширения газовоздушной смеси. Ротор этой машины обозначен позицией 33. На цилиндрических поверхностях ротора, эксцентрично относительно оси вращения ротора расположена гильза 34. На роторе для балансировки выполнена выемка 35.

Ротор 33 опирается на подшипники 36, 37, гильза 34 на подшипники 38, 39.

На валу ротора 33, со стороны входа газовоздушной смеси установлен распределитель 40 газовоздушной смеси, а со стороны выхода газовоздушной смеси на валу ротора 33 установлен распределитель 41 расширенной газовоздушной смеси.

Воздухозаборник 42 установлен на входе двигателя, выходное устройство 43 на выходе газовоздушной смеси.

Роторы 2 и 33 соединены между собой с помощью вала.

Диск 25 с помощью вала жестко соединен с кулачковым диском 44 привода клапанов выхлопа газов из цилиндров 13 и подвода воздуха из компрессора к цилиндрам 13.

Клапана 26 выхлопа газов снабжены роликами 45, а клапана 27 подвода воздуха к цилиндрам роликами 46.

Перед компрессором 1 может быть установлена ступень компрессора низкого давления.

Машина расширения газовоздушной смеси может быть выполнена также двумя ступенями.

Со стороны ротора 2 выполнен вал 47 отбора мощности, жестко соединенный с роторами 2 и 33.

На фиг. 2 показано взаимное расположение окон 48, выполненных на входе атмосферного воздуха в компрессор 1 на крышке 49 компрессора. На распределителе 9 выполнено окно 50. На этой фигуре показан цилиндр 51 ротора 2, который опирается на подшипник 7 гильзы 4. Ось этого цилиндра выполняется соосно относительно наружной поверхности ротора и эксцентрично относительно оси вращения ротора.

На фиг.3 в разрезе по Б-Б показаны корпуса 52 и 53 компрессора. На этих корпусах неподвижно установлены цилиндрические направляющие 54, на которых располагаются возвратно-поступательно движущиеся перегородки 55.

Между цилиндрическими направляющими 54 и внутренними частями перегородок 55 образованы полости 56 для подвода поддавливающей перегородки 55 к гильзе 3 охлаждающей и смазывающей перегородки жидкости.

Между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 53 и наружной поверхностью гильзы 3 расположены камеры 57 рабочего тела в двух местах и камеры 58 рабочего тела также в двух местах. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 53 может быть выполнен эластичный элемент 59 для уплотнения. Этот уплотняющий эластичный элемент может быть выполнен как металлорезина.

Цилиндрические направляющие 54 имеют штуцера 60 для подвода и отвода жидкости.

На фиг. 4 также дан разрез по Б-Б, выполненный после поворота ротора на 180^о по отношению к принятому первоначальному положению отсчета, где Н.В. наполнение воздуха, Сж. В. сжатие воздуха.

На фиг. 5 показано взаимное расположение окон 61, выполненных со стороны выхода воздуха от компрессора на крышке 62 компрессора. На этой фигуре показано также окно 63, выполненное на распределителе 10.

На фиг. 6 показаны профили 64 привода клапанов 26 выхлопа газов, выполненные на кулачковом диске 44. На этой же фигуре показан профиль 65 кулачков 18 с площадкой 66, соответствующей положениям поршней в нижних мертвых точках.

На фиг.7 показаны профили 67 привода клапанов 27.

На фиг. 8 показано взаимное расположение окон 68 подвода газовоздушной смеси со стороны подвода газовоздушной смеси. Окна 68 выполнены на крышке 69 машины расширения газов. На этой же фигуре показано окно 70, выполненное в распределителе 40.

На фиг. 9 показаны корпуса 71 и 72 машины расширения газов, на которых неподвижно установлены цилиндрические направляющие 73, возвратно-поступательно движущиеся перегородки 74, установленные на цилиндрических направляющих 73, полости 75, образованные внутренними поверхностями перегородок и цилиндрическими направляющими 73.

Камеры 76, 77 рабочего тела образованы внутренним диаметром корпуса 72, наружным диаметром гильзы 34 и крышками корпусов машины расширения газовоздушной смеси.

По фиг.9 на внутреннем диаметре корпуса 72 может быть выполнен эластичный элемент 78 типа металлорезины. На цилиндрических направляющих 73 выполнены штуцера 79 для подвода и отвода жидкости, где В.Г. выхлоп газов; Р. Г. расширение газов.

По фиг.10 окна 80 отвода расширенных газов выполнены на крышке 81 машины расширения газовоздушной смеси, окно 82 на распределителе 41.

По фиг.11 на подшипниках 83, установленных на перегородках 55, расположены ролики 84. Аналогичные ролики устанавливаются и на перегородках 74 машины расширения газов.

На фиг.12 показано взаимное расположение роликов 19 в пазах 21 неподвижного цилиндра 23 корпуса.

По фиг.13 показан буртик 85 для удержания роликов от отрыва. Ролики подшипников обозначены позицией 86.

Кулачков (количество выступов и впадин) на диске 25 может быть несколько. От их количества зависит передаточное число, отношение
П_{пер.поршне}/П_к.в. где П_{пер.поршней} частота перемещения поршней в цилиндрах;
П_к.в. частота вращения диска 25 и кулачкового диска привода клапанов частота вращения вала их. При количестве кулачков, равном 2, частота вращения диска 25 в два раза меньше частоты перемещений поршней в цилиндрах.

Выходной канал 12 сообщается с двумя камерами рабочего тела, например с камерами рабочего тела, обозначенными позициями 57, посредством окон, эти окна располагаются против двух окон 61, выходной канал 11 сообщается при этом через два окна, расположенных против двух других окон 61. Сообщение указанных каналов с камерами рабочего тела осуществляется через распределитель 10.

Между распределителями и соответствующими крышками могут быть выполнены как контактные, так и лабиринтные уплотнения.

Вал диска 25 и кулачкового диска привода клапанов может быть кинематически соединен с валом роторов через зубчатую передачу.

Комбинированный двигатель работает следующим образом.

Двигатель запускается от раскрутки валов диска 25 и роторов. При этом в момент нахождении поршней в нижних мертвых точках, после поступления в цилиндры воздуха сжигается топливо при закрытых положениях клапанов 26 и 27. При этом в цилиндрах повышается давление продуктов сгорания. После открытия клапанов 26 выхлопа газов газы, расширяясь, направляются к смесителю 30. К смесителю подводится также воздух из компрессора, газовоздушная смесь направляется к машине 32 расширения газов. Работа расширения газов передается ротору 33, избыточная мощность отводится к валу 47.

Вращение вала диска 25 и кулачкового диска 44 при отсутствии кинематической связи между указанным валом и валом роторов осуществляется от действия сжатого воздуха от компрессора на поршни 14, так как на вал диска 25 мощность при этом не подводится.

Для вращения этого вала между валом роторов и валом диска 25 может быть выполнена зубчатая передача.

Продувка клапанов выхлопа газов воздухом от компрессора может быть выполнена при наполнении цилиндров воздухом.

Изобретение может найти применение в народном хозяйстве. В предлагаемом комбинированном двигателе, выполненном из цилиндрово-поршневой группы, на входе которого установлен компрессор, предусматривается увеличение литровой мощности от цилиндров комбинированного двигателя. Это достигается тем, что в комбинированном двигателе воздух в цилиндрах не сжимается, сжатие воздуха до расчетной степени повышения давления осуществляется в компрессоре, в результате цилиндры наполняются воздухом за полный ход поршня при перемещении от верхних мертвых точек к нижним мертвым точкам. При этом поступающий в цилиндры воздух имеет высокую удельную плотность, поэтому литровая мощность от цилиндров увеличивается. Цилиндры комбинированного двигателя используются при этом для осуществления цикла с постоянным объемом сгорания. На концах штоков поршней устанавливаются вилки с роликами, расположенные между концами штоков поршней и кулачками привода штоков, расположенными на введенном в двигатель диске, причем двигатель снабжен кулачковым диском привода клапанов, соединенным с упомянутым диском. При этом по обе стороны упомянутых роликов, на вилках, в пазах неподвижных цилиндров корпуса установлены введенные в двигатель ролики качения, а тракт выхода газов из цилиндров сообщен с выходом компрессора посредством смесителя и со входом тракта расширительной машины, при этом кулачки привода штоков поршней выполнены с площадками на участках поворота диска кулачков, соответствующими положениям поршней в нижних мертвых точках и фазам смесеобразования, сжигания топлива и расширения газов. 15 ил.

КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий расположенные равномерно по окружности параллельно продольной оси двигателя цилиндры с поршнями и штоками, взаимодействующими с кулачками привода штоков поршней, компрессор, установленный в тракте подвода воздуха к цилиндрам через соответствующие клапана, расширительную машину, установленную в тракте выхода газов из цилиндров, вал отбора мощности, отличающийся тем, что двигатель снабжен закрепленными на концах штоков поршней вилками с роликами, расположенными между концами штоков поршней и кулачками привода штоков, расположенными на введенном в двигатель диске, причем двигатель снабжен кулачковым диском привода клапанов, соединенным с упомянутым диском, при этом по обе стороны упомянутых роликов установлены введенные в двигатель ролики качения, расположенные на упомянутых вилках и в пазах неподвижных цилиндров корпуса, а тракт выхода газов из цилиндров сообщен с выходом компрессора посредством смесителя и с входом тракта расширительной машины, при этом кулачки привода штоков поршней выполнены с площадками на участках поворота диска этих кулачков, соответствующих положениям поршней в нижних мертвых точках и фазам смесеобразования, сжигания топлива и расширения газов.