ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам, преобразующим энергию сгорания топлива в механическую энергию вращения.

Известен роторный двигатель, содержащий цилиндрическую полость, размещенные в ней секторные лопасти, установленные на соосных валах, и механизм преобразования, выполненный в виде пары рычагов, соединенных с валами лопастей и кулисы, установленной на выходном валу и взаимодействующей с роликами рычагов. В рабочих камерах, образованных цилиндрической полостью и секторными лопастями, осуществляются термодинамические процессы двигателя внутреннего сгорания и давление газов на одну из лопастей заставляет ее перемещаться. Это движение передается с помощью кулисы на выходной вал, на связанную с ней лопасть и на другую пару лопастей, обеспечивая в рабочих камерах переменный объем [1].

В этом двигателе цилиндрическая форма полости не позволяет обеспечить необходимую герметичность камер сгорания, поскольку она не предусматривает установку уплотняющих колец. Это обстоятельство означает, что здесь могут быть использованы лишь малые рабочие давления, которые не применяются в современных двигателях внутреннего сгорания.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащий картерную полость, выполненную в виде раздельных камеры нагнетания и камеры сгорания торообразного сечения, размещенные в последней качающиеся роторы-поршни, жестко связанные с валом привода. Этот вал соединен с выходным валом при помощи механизма преобразования вида движения, который использует пружины, обеспечивающие поочередное сцепление втулки с внутренними винтовыми и внешними прямыми шлицами и тем самым преобразование качательного движения во вращательное [2].

Недостатками этого двигателя являются ненадежность привода и увеличенные габариты, поскольку сложна и ненадежна кинематика преобразования качательного движения во вращательное и большую часть объема тора занимают спаренные роторы-поршни и маятниковые поршни, обеспечивающие возможность перемещения роторов-поршней.

Изобретение направлено на повышение надежности, упрощение конструкции и уменьшение габаритов двигателя с качающимися поршнями.

Это достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащем тороидальные камеры сгорания, размещенные в них поршни, жестко связанные с полым внутренним валом привода, установленным центрально относительно камер сгорания, выходной вал, коаксиально установленный с полым валом и связанный с ним при помощи устройства преобразования, поршни связаны с полым валом с помощью кольца, торцы камер сгорания попарно соединены между собой межторцевой уплотнительной стенкой с выточкой для кольца, каждая камера сгорания выполнена с щелевидным окном, в которое входит кольцо, обеспечивающее герметичность камеры сгорания, а устройство преобразования выполнено в виде сдвоенного кривошипно-шатунного механизма с общим ползуном, при этом кривошип одного механизма жестко соединен с полым внутренним валом привода, а кривошип другого - с выходным валом.

Существенность отличий обосновывается следующим образом. Повышение надежности связано с использованием широко распространенного кривошипно-шатунного механизма, который преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное в условиях большой мощности. Примененный же в известном устройстве механизм преобразования использует попеременное вхождение одного из кинематических звеньев в зацепление и выход из него с помощью пружин и поэтому связан с нарастающим износом соприкасающихся поверхностей, особенно в условиях большой мощности. Уменьшение габаритов и упрощение конструкции связано с тем, что здесь отсутствуют промежуточная и нагнетательная камеры. Вместо штоков маятниковых поршней, занимающих определенный угол раствора для связи поршня с валом, используется подвижное кольцо в окне стенки камер сгорания, что уменьшает неиспользуемый для термодинамики объем двигателя. Это кольцо выполняет роль подвижной части стенки камеры сгорания. Кроме того, кольцо, увеличивая внутреннюю дугу стенки камеры сгорания, позволяет увеличить наименьшую ширину поршня, что необходимо для размещения поршневых колец и упрочнения укрепления поршня. Межторцевая криволинейная стенка с выточкой для кольца обеспечивает герметичность камер сгорания, особенно в момент воспламенения заряда.

На фиг. 1 представлен продольный разрез двигателя, на фиг. 2 - разрез АА на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение по ББ на фиг. 2, на фиг. 4 - кинематическая схема двигателя. Для наглядности зазоры между соприкасающимися поверхностями существенно увеличены.

Двигатель содержит камеры сгорания 1 в виде частей тора, поршни 2, жестко закрепленные на полом валу привода 3, установленном центрально в камере сгорания, выходной вал 4, коаксиально установленный с валом привода 3, устройство преобразования, выполненное в виде сдвоенного кривошипно-шатунного механизма с общим ползуном 5. Кривошип 6 одного механизма жестко установлен на валу 3, а кривошип 7 другого - на валу 4. Соответственно шатуны 8 и 9 соединяют их с ползуном 5. Кольцо 10 жестко связывает поршни 2 с полым валом 3 и выполняет роль части стенки камеры сгорания 1. Межторцевая стенка 11 с выточкой В обеспечивает герметичность в торцах камер сгорания 1. Система клапанов в торцах камер сгорания 1 здесь не указывается. Рабочие полости камер сгорания 1 обозначены буквами a, b, c, d. Количество рабочих полостей должно быть четным. Здесь для удобства работы двигателя рассматривается четыре рабочих полости.

Двигатель работает следующим образом. Четырем рабочим полостям a, b, c, d соответствуют четыре фазы работы двигателя: впуск заряда, сжатие его, рабочий ход и выпуск отработавшего заряда. Рабочий ход в одной из полостей обеспечивает возвратно-поворотное движение всех поршней 2 с некоторой угловой амплитудой, обеспечивая в рабочих полостях a, b, c, d указанные фазы работы двигателя (при соответствующей работе систем клапанов в торцах цилиндров 1). Например, если в рабочей полости a осуществляется рабочий ход, то в полости b осуществляется сжатие заряда, в полости c - впуск свежего заряда, в полости d - выпуск сгоревшего заряда. Поршни 2 через кольцо 10 передают движение полому валу 3 и далее кривошипу 6, который через шатун 7 это движение преобразует в возвратно-поступательное перемещение ползуна 5. Через шатун 9 и кривошип 7 это перемещение ползуна 5 преобразуется по вращение выходного вала 4 отбора мощности. Герметичность в местах соприкосновения подвижного кольца 10 с неподвижными стенками камер сгорания 1 обеспечивается с помощью щелевидного окна Г в стенках камер сгорания 1 и выточки В в межторцевых криволинейных стенках 11.

Параллельная работа нескольких двигателей осуществляется с помощью коленчатого вала.

Двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями выполнен с тороидальными камерами сгорания. Поршни жестко соединяются с полым валом с помощью кольца. Кольцо перемещается в щелевидном окне и играет роль подвижной части стенки камеры сгорания. Торцы камер сгорания соединены межторцевой криволинейной выточкой. В выточке перемещается кольцо для обеспечения герметичности камер сгорания. Механизм преобразования качательного движения во вращательное выполнен в виде сдвоенного кривошипно-шатунного механизма с общим ползуном. Один кривошип жестко соединен с полым валом, а другой - с валом отбора мощности, проходящим внутри полого вала. Изобретение позволяет повысить надежность, упростить конструкцию и уменьшить габариты двигателя. 4 ил.

Двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащий тороидальные камеры сгорания, размещенные в них поршни, жестко связанные с полым внутренним валом привода, установленным центрально относительно камер сгорания, выходной вал, установленный коаксиально с полым валом и связанный с ним при помощи устройства преобразования, отличающийся тем, что поршни связаны с полым валом с помощью кольца, торцы камер сгорания попарно соединены между собой межторцевой уплотнительной стенкой с выточкой для кольца, каждая камера сгорания выполнена с щелевидным окном, в которое входит кольцо, обеспечивающее герметичность камеры сгорания, а устройство преобразования выполнено в виде сдвоенного кривошипно-шатунного механизма с общим ползуном, при этом кривошип одного механизма жестко соединен с полым внутренним валом привода, а кривошип другого - с выходным валом.