ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМИСЯ ЦИЛИНДРАМИ Российский патент 1998 года по МПК F02B59/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может найти применение при проектировании двигателей внутреннего сгорания с качательным движением цилиндров.

Известен двигатель внутреннего сгорания с качательным движением цилиндра, закрепленного на оси в корпусе и с возвратно-поступательными движениями разделительного элемента (поршня), закрепленного на коленчатом валу [1].

Недостатком известного двигателя являются повышенные нагрузки, действующие на стенки цилиндров вследствие возникающих боковых нагрузок и неуравновешенных сил инерции от коленчатого вала.

Наиболее близким к изобретению является двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия [2].

Недостатком прототипа также являются значительные боковые нагрузки на стенки цилиндра из-за неуравновешенности сил инерции коленчатого вала, причем цилиндр кроме качательного движения совершает еще и возвратно-поступательное относительно разделительной перегородки, качающейся совместно с цилиндром.

Цель изобретения - повышение долговечности рабочего цилиндра двигателя.

Цель достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия, снабжен поворотной осью, размещенной в корпусе на подшипниках, жестко связанной с серединами оснований цилиндра и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками с осевыми отверстиями, установленными соосно основаниям цилиндра, уплотнительными элементами, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндров, разделительные элементы жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основаниях цилиндра в виде концентричных углублений, разделенных перегородками, разделительные элементы установлены в концентричных углублениях между перегородками с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков камер переменного объема, газораспределительные и топливоподающие отверстия выполнены в дисках, механизм преобразования качательного движения цилиндра выполнен в виде первой шестерни, закрепленной на поворотной оси, вертикальных и горизонтальных направляющих, выполненных в корпусе, штока с зубчатой рейкой, входящей в зацепление с первой шестерней, рамки, жестко соединенной со штоком, двух дополнительных зубчатых реек, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки, промежуточного вала, установленного на подшипниковых опорах в горизонтальных направляющих, второй шестерни, закрепленной на промежуточном вале, двух кулачков, кинематически связанных с поворотной осью с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным и выходным валами, причем промежуточный вал размещен внутри рамки с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах по горизонтальным направляющим и с возможностью периодического зацепления второй шестерни с дополнительными зубчатыми рейками, шток с рамкой установлен в вертикальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось размещена в осевых отверстиях дисков, а кулачки расположены по разные стороны от подшипниковых опор.

Кроме того, устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения может быть выполнено либо в виде гибкого вала, либо в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным и выходным валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов.

На фиг. 1 показан разрез двигателя по оси качания; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами содержит неподвижный корпус 1, по меньшей мере один цилиндр 2 с рабочими полостями, размещенный в корпусе 1 с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал 3, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом 3, разделительные элементы 4 с уплотнениями 5, установленные в рабочих полостях, газораспределительные 6 и топливоподающие 7 отверстия.

Двигатель снабжен поворотной осью 8, размещенной в корпусе 1 на подшипниках, жестко связанной с основанием цилиндров 2 и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками 9 с осевыми отверстиями 10, установленными соосно основаниям цилиндра 2, уплотнительными элементами 11, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндра 2.

Разделительные элементы 4 жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основании цилиндра 2 в виде концентричных углублений 12, разделенными перегородками 13, разделительные элементы 4 установлены в углублениях 12 между перегородками 13 с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков 9, камер 14 переменного объема, газораспределительные 6 и топливоподающие 7 отверстия выполнены в дисках.

Механизм преобразования качательного движения цилиндра 2 выполнен в виде первой шестерни 15, закрепленной на поворотной оси 8, вертикальных 16 и горизонтальных 17 направляющих, выполненных в корпусе 1, штока 18 с зубчатой рейкой 19, входящей в зацепление с первой шестерней 15, рамки 20, жестко соединенной со штоком 18, двух дополнительных зубчатых реек 21, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки 20, промежуточного вала 22, установленного на подшипниковых опорах 23 в горизонтальных направляющих 17, второй шестерни 24, закрепленной на промежуточном вале 2, двух кулачков 25, кинематически связанных с поворотной осью 8 с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами 23, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным 22 и выходным 3 валами.

Промежуточный вал 22 размещен внутри рамки 20 с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах 23 по горизонтальным направляющим 17 и с возможностью периодического зацепления второй шестерни 24 с дополнительными зубчатыми рейками 21, шток 18 с рамкой 20 установлен в вертикальных направляющих 16 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось 8 размещена в осевых отверстиях 10 дисков 9, а кулачки 25 расположены по разные стороны от подшипниковых опор 23.

Устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде гибкого вала 26 (фиг. 1) или в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным 22 и выходным 3 валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов. Кинематическая связь кулачков 25 с поворотной осью 8 может быть выполнена в виде цепной или зубчатой передач.

Двигатель внутреннего сгорания работает как по 2-тактному, так и по 4-тактному циклам и может быть выполнен с возможностью впрыска топлива и его последующего самовоспламенения или с подачей топливовоздушной смеси и ее принудительного воспламенения.

При подаче свежего заряда в одно из газораспределительных отверстий 6 в одни рабочие камеры 14 переменного объема и последующим воспламенении продукты сгорания воздействуют на перегородки 13, обеспечивая поворот цилиндра 2 совместно с поворотной осью 8 на определенный угол, при этом первая шестерня 15, воздействуя на рейку 19, перемещает шток 18 совместно с рамкой 20, например, вверх, один из кулачков 25, воздействуя на подшипниковые опоры 23, обеспечивает зацепление второй шестерни 24 с одной из дополнительных зубчатых реек 21, которая обеспечивает вращение промежуточного вала 22 в подшипниковых опорах 23 в одном направлении, крутящий момент от промежуточного вала 22 через гибкий вал 26 или карданный механизм передается выходному валу 3.

При подаче свежего заряда во вторые рабочие камеры 14 переменного объема продукты сгорания воздействуют на противоположные поверхности перегородок 13, обеспечивая поворот цилиндра 2 совместно с поворотной осью 8 в противоположную сторону, при этом второй кулачок 25 перемещает промежуточный вал 23 в горизонтальных направляющих 17, обеспечивая зацепление второй шестерни 24 с второй дополнительной зубчатой рейкой 21. В это время первая шестерня 15, воздействуя на зубчатую рейку 19, перемещает шток 18 с рамкой 20 в вертикальных направляющих 16 вниз, при этом вторая дополнительная рейка 21 обеспечивает вращение второй шестерни 24 и промежуточного вала 22 в том же направлении.

Таким образом, двигатель обеспечивает передачу крутящего момента от цилиндра, совершающего только колебательные движения посредством звеньев, совершающих только возвратно-поступательные движения, что приведет к снижению неуравновешенных сил и к повышению долговечности качающегося цилиндра двигателя.

Использование: двигатели внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами. Сущность изобретения: рабочие камеры переменного объема образованы разделительными элементами 4 неподвижных дисков 9 и перегородками цилиндра 2, жестко соединенного с поворотной осью 8. При качательном движении цилиндра 2 с поворотной осью 8 первая шестерня 15 через зубчатую рейку 19 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение штоку 18 и рамке 20 в вертикальных направляющих 16. Два кулачка 25, кинетически связанные с поворотной осью 8, обеспечивают возвратно-поступательное перемещение в горизонтальных направляющих 17, подшипниковым опорам 23 промежуточного вала 22. Вторая шестерня 24, закрепленная на промежуточном вале 22, периодически входит в зацепление с дополнительными зубчатыми рейками 21, размещенными на внутренней поверхности рамки 20. Промежуточный вал 22 и вторая шестерня 24 вращаются в одном направлении и через устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, например гибкий вал 26 или карданный механизм, передают вращение выходному валу 3. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия, отличающийся тем, что двигатель снабжен поворотной осью, размещенной в корпусе на подшипниках, жестко связанной с серединами оснований цилиндра и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками с осевыми отверстиями, установленными соосно с основаниями цилиндра, уплотнительными элементами, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндра, разделительные элемента жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основаниях цилиндра в виде концентричных углублений, разделенных перегородками, разделительные элементы установлены в концентричных углублениях между перегородками с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков камер переменного объема, газораспределительные и топливоподающие отверстия выполнены в дисках, механизм преобразования качательного движения цилиндра выполнен в виде первой шестерни, закрепленной на поворотной оси, вертикальных и горизонтальных направляющих, штока с зубчатой рейкой, входящей в зацепление с первой шестерней, рамки, жестко соединенной со штоком, двух дополнительных зубчатых реек, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки, промежуточного вала, установленного на подшипниковых опорах в горизонтальных направляющих, второй шестерни, закрепленной на промежуточном валу, двух кулачков, кинематически связанных с поворотной осью с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным и выходным валами, причем промежуточный вал размещен внутри рамки с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах по горизонтальным направляющим и с возможностью периодического зацепления второй шестерни с дополнительными зубчатыми рейками, шток с рамкой установлен в вертикальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось размещена в осевых отверстиях дисков, а кулачки расположены по разные стороны от подшипниковых опор. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде гибкого вала. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным и выходным валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов.