ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F01C9/00 

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в карбюраторных и дизельных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Известен роторный двигатель, содержащий корпус с радиальными перегородками с внутренней поверхностью в форме тела вращения, системы питания и смазки, механизм газораспределения, преобразующий механизм и выходной вал двигателя. Преобразующий механизм включает в себя вал с лопастями, установленный в корпусе с возможностью поворота, при этом каждая лопасть делит пространство между перегородками на две полости, одна из которых (горячая) соединена с впускным и выпускным клапанами, а другая (холодная) - с прямым и обратным клапанами (а.с. СССР N 66218, МПК F 02 В 53/02, 1946).

Недостатком этого двигателя является то, что выполнение преобразующего механизма в виде вала с лопастями, совершающего возвратно-вращательное движение, не позволяет с выходного вала непрерывное вращательное движение с необходимой частотой вращения, что значительно сужает область применения этого двигателя, не позволяет непосредственно использовать стандартную (серийную) аппаратуру систем питания и газораспределения.

Также известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в форме тела вращения и снабжена радиальными перегородками, преобразующий коромыслово-кривошипный механизм, включающий в себя установленный в корпусе с возможностью поворота вал с лопастями, при этом каждая лопасть делит пространство между перегородками на две полости, горячая из которых соединена с впускными и выпускными клапанами механизма газораспределения, а холодная - с прямым и обратным клапанами, при этом на кривошипе преобразующего механизма установлен эксцентрик изменения длины кривошипа (патент РФ N 2123122, кл. F 02 В 53/08, F 01 С 9/00, 1998; прототип).

Недостатком этого двигателя является то, что впускные и выпускные тарельчатые клапаны установлены (по причине особенностей компоновки этого двигателя) сравнительно далеко от камер сгорания (сжатия), что образует "мертвый" объем и ухудшает процесс и качество сгорания топлива. Кроме того, впускные и выпускные каналы имеют сложное расположение в корпусе двигателя, что затрудняет их обработку, повышает стоимость изготовления. Для повышения долговечности тарельчатые клапаны снабжают специальным устройством для их вращения. Для улучшения отвода теплоты выпускные клапаны имеют натриевое охлаждение (Вишняков И.И. Автомобиль: основы конструкции. - М.: Машиностроение, 1986, стр. 31-33). Стержни клапанов перекрывают впускные и выпускные каналы, что ухудшает работу механизма газораспределения двигателя. Установка на каждой камере сгорания нескольких впускных и выпускных клапанов с целью повышения качества сгорания топлива усложняет механизм газораспределения. Недостатком двигателя является также то, что плоские радиальные поверхности перегородок и лопастей не позволяют сформировать оптимальную форму камеры сгорания, что также ухудшает качество сгорания топлива. Кроме того, для высокооборотных двигателей возможно применение сравнительно небольшого диаметра корпуса, величина которого ограничена допустимой скоростью скольжения лопастей по внутренней поверхности корпуса. Это ведет к снижению рабочих объемов горячих полостей и, следовательно, к снижению мощности двигателя.

Задачей изобретения является создание ДВС с преобразующим коромыслово-кривошипным механизмом, у которого впускные и выпускные клапаны расположены у камер сгорания, а также обеспечить увеличение мощности двигателя при небольших диаметрах корпуса, получить компоновочные и технологические преимущества, повысить экономичность.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в форме тела вращения и снабжена радиальными перегородками, преобразующий коромыслово-кривошипный механизм, включающий в себя установленный с возможностью поворота вал с лопастями, при этом каждая лопасть делит пространство между перегородками на две полости, горячая из которых имеет впускные и выпускные каналы и клапаны с кулачковым механизмом газораспределения; каждый впускной и выпускной клапан выполнен в форме заслонки, установленной в радиальной перегородке горячей полости и снабженной штоком, взаимодействующим с двуплечим коромысловым толкателем механизма газораспределения, при этом со стороны горячей полости двигатель снабжен сектором с впускным и выпускным отверстиями. На поверхности сектора, которая контактирует с заслонкой, по периметру впускного и выпускного отверстий выполнены профильные канавки, а со стороны горячей полости сектор имеет профильную поверхность, которая образует с поверхностью лопасти вала камеру сгорания (сжатия). На валу преобразующего коромыслово-кривошипного механизма установлено несколько корпусов с лопастями.

На фиг. 1 показан поперечный разрез двигателя; на фиг. 2 - поперечный разрез газораспределения; на фиг. 3 - разрез А-А фиг. 1.

Двигатель состоит из двух секций А и В установленных на основании 1 (фиг. 1, 3). Каждая секция имеет корпус 2 с радиальными перегородками 3 и 4. Корпусы 2 секции А и В соединены муфтой 5 (фиг. 3), а с торцев закрыты крышками 6 и 7, в которых подвижно установлен общий для секций вал 8 с коромыслом 9, подвижно соединенным посредством шатуна 10 с кривошипом 11 выходного вала 12 с маховиком (на чертежах маховик не показан), установленного в основании 1. Каждая секция на валу 8 имеет лопасти 13 и 14 (фиг. 1), каждая из которых делит пространство между перегородками 3 и 4 на горячие полости I и II и холодные полости I', II'. Каждая из холодных полостей имеет прямой клапан, соединяющий ее с атмосферой, и обратный клапан, соединяющий ее с резервуаром (указанные клапаны и резервуар на чертежах не показаны). Перегородка 3, разделяющая горячие полости секции, снабжена впускным каналом 15 (фиг. 3), соединенным с резервуаром, и выпускным каналом 16. Выпускные каналы секций соединены общим выпускным каналом 17, соединенным с атмосферой. Впускной канал 16 посредством отверстия 18 (фиг. 1) может соединяться с горячей полостью I, а посредством отверстия 19 - с горячей полостью II. Аналогичные отверстия имеет канал 16 для соединения его с горячими полостями I и II. В перегородке 3 установлены впускная заслонка 20 (фиг. 1, 3) и выпускная заслонка 21, выполняющая соответственно функции впускного и выпускного клапанов. Каждая из заслонок снабжена штоком 22 (фиг. 1), в котором подвижно установлена ось 23 (фиг. 1, 2). Шток 22 подвижно установлен в направляющей втулке 24 с пружиной 25 (фиг. 1). Втулка 24 закреплена на корпусе 2 и штанге 26. Ось 23 проходит через пазы втулки 24 (фиг. 2) и контактирует выходящими из втулки 24 концами с вилкой двуплечего коромыслового толкателя 27, установленного на оси 28 (фиг. 1). На втором плече толкателя установлен ролик 29, контактирующий с кулачком распределительного вала 30, снабженного зубчатым колесом 31, связанным с шестерней 32 выходного вала 12 посредством промежуточного зубчатого колеса 33, свободно установленного на валу 8. Штанга 26, ось 27, распределительный вал 30 установлены в кронштейнах крышек 6 и 7 (кронштейны на чертежах не показаны). Каждая горячая полость снабжена сектором 34, установленным между валом 8 и внутренней поверхностью корпуса 2. Сектор 34 имеет впускные и выпускные отверстия, представляющие собой продолжение отверстий 18 и 19. По периметру указанных отверстий сектор 34 имеет профильные выборки 35. Со стороны горячей полости сектор 34 имеет профильную поверхность 36, формирующую совместно с поверхностью лопасти 13 камеру сгорания (сжатия). Сектор 34 контактирует с заслонками 20 и 21 (фиг. 1, З) и совместно с перегородкой 3 фиксирует их положение и создает для них направляющие пазы. При внутреннем смесеобразовании (дизельный вариант) камеры сгорания (сжатия) снабжаются форсунками, при внешнем смесеобразовании - свечами зажигания (карбюраторный вариант).

Двигатель работает следующим образом. За счет действия газовых сил в тактах расширения лопасти 13 и 14 вместе с валом 8 и коромыслом 9 совершают возвратно-вращательное (качательное) движение, которое посредством коромыслово-кривошипного механизма с шатуном 10 и кривошипом 11 трансформируется в непрерывное вращательное движение вала 12, который через шестерни 32, 33 и 31 вращает распределительный вал 30, кулачки которого приводят в возвратно-вращательное движение толкатели 27, поднимающие при выполнении соответствующих тактов заслонки 20 и 21, за счет чего горячие полости соединяются через отверстия с впускным и выпускным каналами 15 и 16. Последовательность выполнения тактов в горячих полостях двигателя при четырехтактном рабочем процессе представлена в таблице.

Во время работы двигателя при увеличении объема холодных полостей происходит их заполнение атмосферным воздухом и частичное охлаждение двигателя, при уменьшении - воздух подается под давлением в резервуар, из которого поступает в впускные каналы (наддув).

Предлагаемый двигатель сохраняет преимущества прототипа (применяются подшипники качения, причем они не подвержены действию высоких температур, осуществляется наддув, имеется возможность увеличения степени сжатия и регулирования степени сжатия и мощности при применении эксцентрикового механизма изменения длины кривошипа; независимо от числа секций требуется всего один преобразующий механизм), но при этом устраняются его недостатки. Выполнение клапанов в виде заслонок исключает их пригорание; действие газовых сил перпендикулярно к направлению перемещения заслонок, что облегчает их открывание; при тактах выпуска заслонки полностью удалены из выпускных отверстий, что уменьшает их тепловую напряженность. При применении заслонок можно увеличивать площадь проходных сечений впускных и выпускных отверстий, что улучшает работу двигателя. Наличие профильных каналов на секторах, контактирующих с заслонками, обеспечивает герметичность за счет действия газовых сил. Кроме того, сектора обеспечивают возможность сформировать оптимальную камеру сгорания, что повышает качество сгорания топлива. Применение двух и большего числа секций приводит к частичному уравновешиванию газовых сил за счет одновременного выполнения тактов сжатия и расширения, что уменьшает нагрузку на вал с лопастями и звенья преобразующего коромыслово-кривошипного механизма. Кроме того, двигатель, например, с двумя секциями можно принять за самостоятельный модуль. Применяя несколько модулей и снимая мощность на общий выходной вал, можно получать двигатели требуемой мощности.

Таким образом, предлагаемый двигатель имеет более высокую экономичность, обеспечивает компоновочные и технологические преимущества перед известными двигателями.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами. Техническим результатом является повышение экономичности за счет уменьшения вредных объемов в камере сгорания и улучшения технологичности конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в форме тела вращения и снабжена радиальными перегородками, установленный в корпусе с возможностью поворота вал с лопастями, каждая из которых делит пространство между перегородками на горячую и холодную полости. Каждый впускной и выпускной клапан газораспределения выполнен в форме заслонки, установленной в радиальной перегородке горячей полости и снабженной штоком, взаимодействующим с двуплечим коромысловым толкателем механизма газораспределения. При этом со стороны горячей полости заслонка снабжена сектором с впускным и выпускным отверстием. 1 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в форме тела вращения и снабжена радиальными перегородками, преобразующий коромыслово-кривошипный механизм, включающий в себя установленный с возможностью поворота вал с лопастями, при этом каждая лопасть делит пространство между перегородками на две полости, горячая из которых имеет впускные и выпускные каналы и клапаны с кулачковым механизмом газораспределения, отличающийся тем, что каждый впускной и выпускной клапан выполнен в форме заслонки, установленной в радиальной перегородке горячей полости и снабженной штоком, взаимодействующим с двуплечим коромысловым толкателем механизма газораспределения, при этом со стороны горячей полости заслонка снабжена сектором с впускным и выпускным отверстием. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на поверхности сектора, которая контактирует с заслонкой, по периметру впускного и выпускного отверстия выполнены профильные канавки, а со стороны горячей полости сектор имеет профильную поверхность, которая образует с поверхностью лопасти вала камеру сгорания (сжатия). 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на валу преобразующего коромыслово-кривошипного механизма установлено несколько корпусов с лопастями.