ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F01B3/04 F02B75/26 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к производству двигателей экологически чистых.

Известны двигатели внутреннего сгорания со встречно движущимися поршнями, содержащие корпус с цилиндрами, выходной вал, системы газораспределения, смазки, охлаждения и питания.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению и взятым в качестве прототипа является двухтактный двигатель внутреннего сгорания со встречно движущимися поршнями, содержащий корпус с цилиндрами, в которых установлены поршни, выходной вал, ось которого совмещена с осью цилиндров, сочлененных между собой корпусом, выполненным с продольными пазами, в которых помещены пальцы полого ступенчатого штока, концы которых входят в синусоидальный паз ротора, вал которого пропущен через крышки цилиндров. Число пальцев полого ступенчатого штока равно двум. На пальцах предусмотрены подшипники, один из которых обкатывается по синусоидальному пазу ротора, а второй - по продольному пазу корпуса. Пальцы расположены во взаимно пересекающихся плоскостях, проходящих через ось вала с ротором и цилиндры. Рабочая камера и поршень имеют кольцеобразную форму. При вращении вала происходит периодическое изменение рабочих объемов, в которых протекают термодинамические процессы [1].

Недостатками известного двигателя внутреннего сгорания являются то, что имеется значительный износ подшипников, синусоидального и продольного пазов при различных режимах работы двигателя - встречное противодвижение поверхностей, быстрое образование недопустимых зазоров или заклинивания, консольное крепление подшипников, отсутствие самоцентрации деталей, саморегулирования зазоров, синусоидальная дальная кривая позволяет применение небольших перемещающихся масс (согласно закону ускорения), применение неразъемных поршневых, штоковых уплотнительных колец и одной камеры сгорания на каждый поршень.

Заявляемое техническое решение направлено на устранение вышеперечисленных недостатков, и от его использования может быть получен следующий технический результат: создание экономичного экологически чистого двигателя.

Это достигается за счет того, что предлагается в двигателе использовать число спаренных пар пальцев полого ступенчатого штока не менее двух, на которых установлены подшипники скольжения (качения), саморегулирующие зазоры, при этом последние вместе с пальцами выполнены охватывающими (охватываемыми) косинусоидальный паз и соединены с крейцкопфными подшипниками скольжения, саморегулирующими зазоры, расположенными в продольных пазах; косинусоидальный и продольный пазы выполнены вогнутыми (выпуклыми), обеспечивающими самоцентрирование деталей. Кроме этого, в зависимости от вида питания поршень может быть выполнен в виде диафрагмы, обеспечивающей полную герметизацию двусторонней камеры сгорания. С целью получения экологически чистого двигателя предлагается использование специальных видов топлив, например явление фогосинтеза (превращение вещества под действием света из жидкого состояния в газообразное и в темноте - в жидкое состояние), известное из разработок Японии; пьезоэффект (расширение кристаллов в определенном направлении под действием электрического тока); R - мышцы, мускульной силы, энергии воды, ветра, солнца.

В качестве поршня использование диафрагмы, обеспечивающей герметичность, а также повышение крутящего момента и индикаторной мощности, предлагается использовать неразъемные уплотнительные штоковые кольца, каждый поршень (диафрагма) двойного действия с неразъемными уплотнительными кольцами, обеспечивающими полную саморегулировку герметичности, самоцентрирование деталей, легкие сплавы.

В предлагаемой конструкции не ограничены размеры диаметра поршня (диафрагмы), радиуса приложения силы на косинусондальный паз выходного вала, ход поршня (диафрагмы), число выступов впадин косинусоидального и продольных пазов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - двигатель, общий вид; фиг. 2 - вал с ротором, общий вид и развертка охватываемого вогнутого косинусоидального паза ротора; фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; фиг. 4 - полый ступенчатый шток, общий вид; фиг. 5 - корпус с продольными пазами, общий вид; фиг. 6 - крышка-втулка внешней головки цилиндра, общий вид; фиг. 7 - крейцкопфный подшипник скольжения продольного паза, общий вид; фиг. 8 - подшипник скольжения косинусоидального паза, общий вид; фиг. 9 - неразъемное уплотнительное кольцо, общий вид; фиг. 10 - механизм получения косинусоидального паза.

Двигатель состоит из корпуса 1 с продольными пазами 2. К торцам корпуса 1 крепятся внутренние головки цилиндров 3 с охлаждающими полостями 4. К внутренним головкам 3 крепятся цилиндры 5 с охлаждающими полостями 6 и продувочно-выхлопными окнами 7 (если как частный случай ДВС). С торцов цилиндры 5 закрыты крышками внешних головок цилиндров 8 (с охлаждающими полостями 9). Во внешних крышках-втулках 8 предусмотрены подшипники 10, через которые пропущен вал 11, с ним жестко соединен ротор 12 с вогнутым косинусоидальным пазом 13, охватываемым крестообразно подшипниками 14, сочлененными посредством пальцев 15 с крейцкопфными подшипниками скольжения 16, продольными пазами 2 корпуса 1 и с полыми ступенчатыми штоками 17, противоположными сторонами, соединенными с кольцевыми полыми поршнями (диафрагмами) 18 с неразъемными уплотнительными поршневыми, штоковымы кольцами 19 (на фиг. 1 не показаны). Система питания 20 на фиг. 1 не показана. Система смазки 21 на фиг. 1 не показана. Приливы под фундаментные болты не показаны, т.к. двигатель может располагаться в различной ориентации.

Работает двигатель следующим образом.

В пространство между кольцевыми полыми поршнями (диафрагмами) 18 и крышками-втулками внешних головок цилиндров 8 через источники, например, света, электричества и т. д. 20 (на фиг. 1 не показаны) на вещество, подверженное фотосинтезу, подается свет (в случае пьезоэффекта подается электричество и т.д.), при этом под действием сил давления газа, кристаллов и т.д. кольцевые полые поршни (диафрагмы) 18 перемещаются к внутренним головкам цилиндров 3, передают усилие на полые ступенчатые штоки 17 и через пальцы 15 подшипники 14 косинусоидальному пазу 13 ротора 12, взаимодействие которого через крейцкопфные подшипники 16 с продольными пазами 2 корпуса 1 преобразует возвратно-поступательное движение штоков и поршней во вращательное движение вала 11. Одновременно в конце хода с одной стороны кольцевых полых поршней (диафрагм) 18 происходит прекращение действия света (эл. тока и т.д.), с другой стороны через источники света (электричества и т.д.) 20 на вещество, подверженное фотосинтезу, подается свет (пьезоэффекту подается электричество и т. д. ). Газ расширяется, кристаллы удлиняются и т.д. Таким образом, за четыре хода возвратно-поступательно-встречно движущихся кольцевых полых поршней 18 вал 11 совершает один оборот. При этом имеется в виду возможность других примеров конструктивного выполнения двигателя. Попарное отключение цилиндров, применение традиционных топлив, при этом конструктивно возможно значительное увеличение среднего диаметра косинусоидального паза - приложение силы (высокий момент), диаметра поршня (диафрагмы), количества выступов, впадин косинусоидального паза, продольных пазов, хода поршня (диафрагмы), а также отбора мощности через симметрично расположенные шестерни, непосредственно связанные с ротором вала.

Основные расчетные формулы для предлагаемого двигателя экологически чистого:
N_e = N_i - N_T,
где N_e - эффективная мощность, л.с.;
N_i - индикаторная мощность, л.с.;
N_T - мощность, затраченная на трение, л.с.,









M_дв - момент двигателя на выходном валу, кгс.м;
M_{ок.силы} - момент окружной силы, кгс.м;
T - окружная сила, кгс.м;
P - осевая сила, кгс.м;
P_r - среднее удельное давление, кгс/см;
P_j - сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс, кгс/см;
D - диаметр цилиндра, см;
D_i - средний диаметр косинусоидального паза, м;
d - диаметр штока, см;
b - ход поршня;
V - скорость поршня;
a - ускорение поршня;
t - время;
d_в - диаметр цилиндрической поверхности крышки-втулки, см;
n - число оборотов вала, об/мин;
K - тактность;
i - число цилиндров;
β - угол подъема косинусоидального паза, град.;
ϕ - угол трения, град.;
T₁ - период.

Технико-экономические преимущества предлагаемого экологически чистого двигателя заключаются в том, что обеспечиваются конструктивно долговечная работа двигателя, создание возможности передачи усилия встречно движущихся поршней (диафрагм) как в начале, так и в конце хода в рабочих камерах на косинусоидальный паз ротора, а также использование момента инерции масс возвратно-поступательно движущихся деталей в накоплении энергии, повышении индикаторной мощности и момента вращения, повышении мощности на единицу объема и массы. Обеспечена полная герметизация рабочих камер цилиндров. Использовано незначительное давление за счет увеличения диаметра поршня (диафрагмы), радиуса приложения сил, tg (b+f), получения значительного момента. Главное достоинство предлагаемого двигателя это то, что с целью обеспечения работоспособности используются нетрадиционные, экологически чистые источники питания.

Источники информации
1. Патент Германии N 290893, кл. 46а, 3/01, 1916 г., прототип.

Двигатель может быть использован в двигателестроении, в частности в экологически чистых двигателях. Для получения экологически чистого двигателя предлагается использовать нетрадиционные источники питания, например фотосинтез, пьезоэффект и другие. Для этого в предлагаемой конструкции двигателя выполнено число пальцев полого ступенчатого штока поршня не менее двух спаренных пар, охватывающих (охватываемых) косинусоидальный вал и соединенных крейцкопным подшипником скольжения в продольных пазах. В двигателе установлены саморегулирующие зазор подшипники. Пазы выполнены вогнутыми (выпуклыми), установлены неразъемные поршневые, штоковые кольца; кольцевой поршень может быть выполнен в виде диафрагмы. Для кольцевых поршней (диафрагм) могут быть выполнены двусторонние камеры питания. Технический результат заключается в создании экономичного экологически чистого двигателя. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Двигатель экологически чистый, содержащий корпус с продольными пазами, вал с ротором, с разнесенными по оси цилиндрами со встречно движущимися кольцевыми поршнями-штоками, крестообразно сочленненными пальцами через подшипники с продольными пазами корпуса и криволинейным пазом ротора вала, пропущенного через крышки головок цилиндров, отличающийся тем, что число пальцев полого ступенчатого штока выполнено не менее двух спаренных пар, охватывающих (охватываемых) косинусоидальный вал и соединенных крейцкопфным подшипником скольжения в продольных пазах. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в двигателе установлены саморегулирующие зазор подшипники. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что пазы выполнены вогнутыми (выпуклыми). 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в двигателе установлены неразъемные поршневые, штоковые кольца. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что кольцевые поршни выполнены в виде диафрагм. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнены для кольцевых поршней(диафрагм) двусторонние камеры питания.