ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F02B53/02 F01C9/00 

Изобретение относится к ДВС, содержащему, по меньшей мере, один цилиндр, картер, который вместе с цилиндром образует общее трубчатое тело в форме кругового цилиндра, и установленный с возможностью вращения вокруг оси цилиндра, отделяющий ограниченную радиальными стенками полость цилиндра от картера качающийся поршень, который кинематически связан с параллельным оси цилиндра коленчатым валом через предусмотренную на качающемся поршне со стороны картера кулисную направляющую, по меньшей мере, для одной шатунной шейки коленчатого вала.

Для того чтобы у ДВС, содержащих качающийся поршень, совершающий возвратно-поступательное вращательное движение, и параллельный оси вращения качающегося поршня коленчатый вал, обеспечить кинематическую связь между качающимся поршнем и коленчатым валом, известно (патент США 4272229) сочленение шатуна, установленного на шатунной шейке коленчатого вала с качающимся поршнем на расстоянии от оси вращения последнего. За счет этого сочленения шатуна могут возникнуть, однако, вынужденные усилия, которые следует учитывать не только при установке качающегося поршня, но и которые при определенных обстоятельствах влияют также на условия уплотнения качающегося поршня. В этой связи необходимо обратить внимание на то, что эффективная герметизация полости цилиндра очень восприимчива к изменениям формы вследствие тепловых или механических нагрузок, которые сказываются на уплотнительной щели между пластинообразным, в целом, качающемся поршнем и цилиндром.

Кроме того, у таких ДВС известно (патент Франции 4478632) установка на шатунной шейке коленчатого вала ползуна, удерживаемого в соединенной с качающимся поршнем направляющей скольжения. Картер образован при этом простым образом трубчатым телом в форме кругового цилиндра, окруженного охлаждающей рубашкой. Качающийся поршень имеет, в основном, форму полого полуцилиндра, соответствующего по своему наружному диаметру внутреннему диаметру трубчатого тела и усиленного радиальной направляющей скольжения для ползуна. Эта конструкция не только делает невозможной промывку картера, но и подвержена износу из-за направляющей для ползуна. Сюда же относится неравномерная тепловая нагрузка трубчатого тела, подверженного вследствие обусловленного охлаждением, неравномерного распределения тепла по периферии различным тепловым расширениям, так что возникают трудности в отношении герметизации поршня, что, в свою очередь, ограничивает возможное сжатие топливо-воздушной смеси.

В основе изобретения лежит, таким образом, задача выполнения ДВС описанного выше рода простыми конструктивными средствами так, чтобы, с одной стороны, можно было гарантировать предпочтительные условия передачи усилий между качающимся поршнем и коленчатым валом, а, с другой стороны, оптимальные условия герметизации полости цилиндра.

Изобретение решает поставленную задачу за счет того, что шатунная шейка опирается на кулисную направляющую через ролик и что образующее цилиндр и картер трубчатое тело теплоизолировано снаружи.

Благодаря взаимодействующему с кулисной направляющей ролику на шатунной шейке достигается простая, из-за значительной независимости от производственных допусков лишенная принуждения, низкоколебательная передача усилий между качающимся поршнем и коленчатым валом, причем за счет подходящего выбора отношения плеч рычага становится возможным предпочтительный ввод крутящего момента. Для того чтобы учесть при работе такого ДВС неизбежные тепловые расширения, все трубчатое тело, т.е. как цилиндр, так и картер, выполняют теплоизолированным снаружи, в результате чего обеспечивается равномерное тепловое расширение трубчатого тела. Благодаря этой мере можно даже при высоких тепловых нагрузках гарантировать достаточно узкий уплотнительный зазор между поршнем и цилиндром с тем, чтобы без использования подверженной износу прокладки между качающимся поршнем и стенками цилиндра обеспечить хороший КПД. В этой связи необходимо дополнительно обратить внимание на то, что взаимодействующий с кулисной направляющей ролик шатунной шейки по сравнению с ползуном или шатуном затрудняет теплоотвод на коленчатый вал, поскольку между роликом и кулисной направляющей, в основном, возникает лишь линейное касание.

Поскольку из-за вращающегося возвратно-поступально качающегося поршня через кулисную направляющую могут передаваться противоположно направленные усилия, кулисная направляющая может состоять из паза, принимающего ролик шатунной шейки. У качающегося поршня, выполненного в виде двойного поршня, обе диаметрально проходящие от общей оси вращения половины поршня совершают относительно коленчатого вала смещенные по отношению друг к другу на 180^o крутильные колебания. Это обстоятельство может быть использовано для привлечения обеих половин поршня попеременно для передачи усилий. Для этой цели могут быть предусмотрены два параллельных, соответствующих каждый одной половине поршня и кинематически связанных между собой коленчатых вала, взаимодействующих каждый с одной кулисной направляющей на соответствующей половине поршня. Кулисные направляющие, представляющие собой в таком случае лишь прямую траекторию движения для соответствующих роликов на шатунных шейках, воздействуют каждая во время рабочего хода, но не во время обратного хода половин поршня на соответствующие коленчатые валы, что создает простые конструктивные условия. Тем не менее, на основе кинематической связи обоих попеременно приводимых коленчатых валов возникает единый привод коленчатых валов. При упругом натяжении этой кинематической связи между обоими коленчатыми валами, например, через зубоременную передачу может быть достигнута без люфта кулисная направляющая для роликов коленчатых валов. Соответствующие обеим кулисным направляющим ролики могут принадлежать, однако, и к одному общему коленчатому валу.

Для того чтобы при работе ДВС отпала необходимость в особом приводе для топливного насоса высокого давления с соответствующим, зависимым от хода управлением, может быть предусмотрен топливный насос высокого давления, приводимый через направленный в полость цилиндра плунжер посредством самого качающегося поршня. С приведением в действие плунжера посредством качающегося поршня топливный насос высокого давления нагружается с частотой хода качающегося поршня, причем благодаря простой герметизации могут использоваться предпочтительно диафрагменные насосы. Если плунжер несет для приведения в действие топливного насоса высокого давления на своем направленном в полость цилиндра конце поршень, взаимодействующий с выемкой в виде глухого отверстия в качающемся поршне, то приведение плунжера в действие происходит, по меньшей мере, при более высоких частотах хода через газовую подушку, которая образуется при проникновении поршня в выемку в виде глухого отверстия.

Для того чтобы высокую температуру отработанных газов ДВС можно было использовать для улучшения воспламенения соответствующей порции свежей горючей смеси, полость цилиндра может содержать в зоне радиальных стенок нагреваемую, при необходимости, теплоаккумулирующую решетку, которая воспринимает часть тепла отработанных газов и снова отдает порции свежей горючей смеси. Для обеспечения при холодном пуске оптимальных условий воспламенения теплоаккумулирующая решетка может быть, кроме того, выполнена нагреваемой.

Объект изобретения представлен в качестве примера на чертеже, на котором изображено:
- фиг. 1: ДВС согласно изобретению, в схематичном сечении;
- фиг. 2: ДВС в разрезе по линии II-II фиг. 1 с повернутым в плоскость чертежа коленчатым валом;
- фиг. 3: видоизмененная по сравнению с ДВС по фиг. 1 и 2 форма выполнения ДВС согласно изобретению, частично в сечении в соответствии с фиг. 1.

ДВС согласно примеру выполнения по фиг. 1 и 2 содержит трубчатое тело 1 в форме кругового цилиндра с торцовыми стенками 2 в качестве корпуса, который с одной стороны образует полости 4 цилиндра, ограниченные радиальными стенками 3, а с другой стороны картер 5. Этот картер 5 разделен радиальной перегородкой 6 на две камеры, которые относительно соответствующих полостей 4 цилиндра ограничены каждая половиной качающегося поршня 7, выполненного в виде двойного поршня. Камеры картера 5 связаны с соответствующими полостями 4 цилиндра обычным образом перепускными каналами 8, так что, например, по стрелке 9 в полость 4 цилиндра может поступать свежий воздух, всасываемый через обычный всасывающий клапан (не показан) в соответствующую камеру картера 5 и сжимаемый при последующем вращательном движении качающегося поршня 7 вокруг его оси 10 вращения, коаксиальной оси трубчатого тела 1. В зоне положения возврата хода сжатия качающийся поршень 7 воздействует на плунжер 11 топливного насоса 12 высокого давления, который выполнен в виде подпружиненного диафрагменного насоса и через форсунку 14 впрыскивает в полость 4 цилиндра топливо, предварительно всосанное из снабженного обратным регулирующим клапаном подводящего топливопровода 13. Воспламенение впрыснутого топлива обуславливает за счет соответствующего нагружения поршня рабочий ход, причем касающийся поршень 7 перед положением возврата рабочего хода освобождает выпускной канал 15, по которому отработанные газы выходят из полости 4 цилиндра, снова снабжаемой свежим воздухом через перепускной канал 8. Поскольку качающийся поршень 7 выполнен в виде двойного поршня, одна его половина совершает рабочий ход во время хода сжатия другой половины, а затем во время рабочего хода другой половины - ход сжатия.

Для того чтобы можно было передавать возвратно-поступательное вращательное движение касающегося поршня 7 на коленчатый вал 16, установленный, как и качающийся поршень 7, в торцовых стенках 2 корпуса, качающийся поршень 7 имеет со стороны картера кулисную направляющую 17 в виде паза, который ориентирован, в основном, радиально оси 10 вращения качающегося поршня 7. Этот паз кулисной направляющей 17 принимает ролик 19, установленный на шатунной шейке 18 коленчатого вала 16. Возвратно-поступательное вращательное движение касающегося поршня 7 преобразуется, следовательно, через кулисную направляющую 17 в равнонаправленное вращательное движение коленчатого вала 16, причем из-за обкатывания ролика 19 вдоль кулисной направляющей 17 возникает лишенная принуждения и низкоколебательная кинематическая связь, которая, с одной стороны, предпочтительным образом сказывается на условиях нагрузки, а, с другой стороны, является предпосылкой узкого уплотнительного зазора между качающимся поршнем и, в частности, трубчатым телом 1. Другую предпосылку такого узкого уплотнительного зазора (на чертеже не показан), который делает излишними особые прокладки, следует усматривать в равномерной тепловой нагрузке всего корпуса. Эта предпосылка может быть реализована только за счет того, что трубчатое тело 1 с торцовыми стенками 2 имеет снаружи теплоизоляцию 20, так что по всему корпусу устанавливаются равные условия теплового расширения.

Как видно из фиг. 1, направленный в полость 4 цилиндра плунжер 11 для приведения в действие топливного насоса 12 высокого давления снабжен поршнем 21, который взаимодействует с выемкой 22 в виде глухого отверстия в качающемся поршне 7, так что плунжер 11, по меньшей мере, при более высоких частотах хода нагружается посредством газовой подушки, образующейся при входе поршня 21 в выемку 22.

Для поддержания воспламенения топлива, впрыснутого в полость 4 цилиндра, в зоне радиальных стенок 3 цилиндра может быть предусмотрена теплоаккумулирующая решетка 23, которая нагревается горячими отходящими газами и отдает часть тепла снова свежему воздуху, подогреваемому за счет всей теплоизоляции через неохлажденный картер.

Форма выполнения по фиг. 3 отличается от формы выполнения по фиг. 1 и 2 лишь видом кинематической связи между качающимся поршнем 7 и коленчатых валом 16. В противоположность форме выполнения по фиг. 1 и 2 у ДВС в соответствии с фиг. 3 предусмотрены два параллельных коленчатых вала 16, каждый для одной половины качающегося поршня 7, выполненного в виде двойного поршня, причем оба коленчатых вала 16 взаимодействуют каждый через ролик 19 на шатунной шейке 18 с соответствующей половинам поршня кулисной направляющей 17. Расположение выбрано при этом так, что кулисные направляющие 17, выполненные лишь в виде прямой траектории движения для роликов 19, могут оказывать на шатунную шейку 18 сжимающие усилия только во время рабочего хода, так что оба коленчатых вала 16 должны быть кинематически связаны между собой, с тем чтобы обеспечить единый привод коленчатых валов. При упругом натяжении этой кинематической связи, например, через зубоременную передачу могут быть компенсированы люфты направляющей и возврата. Как непосредственно видно из фиг.3, за счет двух кинематически связанных между собой коленчатых валов 16, попеременно нагружаемых качающимся поршнем 7, возникают особенно простые конструктивные условия.

Изобретение не ограничено, само собой, изображенными примерами выполнения. Так, например, топливный насос высокого давления может быть соединен с внешним приводом, причем открывается предпочтительная возможность предусмотреть топливный насос высокого давления на захватываемой качающимся поршнем периферии трубчатого тела во избежание тепловой перегрузки топливного насоса высокого давления за счет его покрытия качающимся поршнем 7 после впрыска топлива.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами. Техническим результатом является повышение надежности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит картер, образующий с цилиндром общее трубчатое тело в форме кругового цилиндра, и качающийся поршень, связанный с параллельным оси цилиндра коленчатым валом через кулисную направляющую. Согласно изобретению шатунная шейка опирается на кулисную направляющую через ролик, при этом образующее цилиндр и картер трубчатое тело теплоизолировано снаружи. У двигателя может быть два коленчатых вала, взаимодействующих каждый с одной кулисной направляющей на соответствующей половине поршня. Топливный насос высокого давления может приводиться в действие через направленный в полость цилиндра плунжер посредством качающегося поршня. 5 з. п.ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, картер, который вместе с цилиндром образует общее трубчатое тело в форме кругового цилиндра, и установленный с возможностью вращения вокруг оси цилиндра, отделяющий ограниченную радиальными стенками полость цилиндра от картера качающийся поршень, который кинематически связан с параллельным оси цилиндра коленчатым валом через предусмотренную на качающемся поршне со стороны картера кулисную направляющую, по меньшей мере, для одной шатунной шейки коленчатого вала, отличающийся тем, что шатунная шейка 18 опирается на кулисную направляющую 17 через ролик 19, при этом образующее цилиндр и картер 5 трубчатое тело 1 теплоизолировано снаружи. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что кулисная направляющая 17 состоит из паза, принимающего ролик 19 шатунной шейки 18. 3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что у качающегося поршня 7, выполненного в виде двойного поршня, предусмотрены два параллельных, соответствующих каждый одной половине поршня и кинематически связанных между собой коленчатых вала 16, взаимодействующих каждый с одной кулисной направляющей 17 на соответствующей половине поршня. 4. Двигатель по п.1 или 3, отличающийся тем, что предусмотрен топливный насос 12 высокого давления, приводимый в действие через направленный в полость 4 цилиндра плунжер 11 посредством качающегося поршня 7. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что плунжер 11 несет для приведения в действие топливного насоса 12 высокого давления на своем направленном в полость 4 цилиндра конце поршень 21, взаимодействующий с выемкой 22 в виде глухого отверстия в качающемся поршне 7. 6. Двигатель по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что полость 4 цилиндра содержит в зоне радиальных стенок 3 нагреваемую при необходимости теплоаккумулирующую решетку 23.