ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F02B53/00 F01C9/00 

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

Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащий картерную полость, выполненную в виде раздельных камер нагнетания и 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 [1].

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.

Известен двигатель внутреннего сгорания с двумя качающимися поршнями, полым валом и четырьмя тороидальными рабочими камерами, в котором каждая камера имеет щель, в которой перемещается кольцо, жестко связанное с поршнями и обеспечивающее герметичность рабочих камер, а кинематическая связь поршней и выходного вала выполнена в виде сдвоенного кривошипно-шатунного механизма с общим ползуном, при этом кривошип одного механизма жестко соединен с полым внутренним валом, а кривошип другого с выходным валом. Двигатель имеет два распределительных вала, управляющих клапанами впуска и выпуска заряда [2].

Недостатком этого двигателя являются сложность кинематического и распределительного механизмов и пониженная мощность на выходном валу из-за больших потерь на трение в кинематическом механизме.

Задача изобретения - снижение потерь энергии в кинематическом и распределительном механизмах.

Технический результат - повышение мощности на выходном валу и упрощение конструкции двигателя.

Для достижения этого в двигателе внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащем тороидальные рабочие камеры, размещенные в них поршни, жестко связанные через кольцо с валом привода, установленным центрально относительно рабочих камер и связанным кинематическим механизмом с выходным валом, клапаны впуска и выпуска, размешанные в торцах рабочих камер и управляемые от распределительного вала, рабочие камеры выполнены в виде пары соосных тороидальных цилиндров, с двумя переменными рабочими объемами каждый и имеющими в поперечном относительно оси двигателя сечении только один поршень, кинематический механизм - в виде кривошипно-коромыслового механизма, при этом каждый поршень выполнен с двусторонней юбкой, а торцы рабочих камер - с выемками, соответствующими конфигурации поршней.

Существенность отличий обосновывается следующим образом.

Наличие в каждом сечении только одного поршня упрощает конструкцию и позволяет использовать только один распределительный вал вместо двух. Кроме того, увеличивается размер минимальной ширины поршня, что повышает герметичность рабочих камер и эффективность работы двигателя.

Поршень, выполненный с юбками с обеих сторон, имеет уменьшенную массу, а значит и уменьшенные силы инерции. Уменьшение массы связано с тем, что расстояние между торцами каждого поршня можно сделать сравнительно малым.

Наличие только одного распределительного вала и одного поршня в каждом сечении двигателя упрощает управление впуском-выпуском заряда и позволяет увеличить угол качания поршня, что для повышения герметичности и теплоотдачи позволяет увеличить площадь его касания с тороидальным цилиндром.

Использование кривошинно-коромыслового механизма уменьшает число кинематических звеньев, упрощает передачу мощности на выходной вал двигателя и повышает механический КПД.

На фиг. 1 представлен продольный разрез двигателя, на фиг.2 - поперечый разрез одного из цилиндров по А-А на фиг.1 (клапаны впуска-выпуска заряда и их штанги не указаны), на фиг.3 - пространственная кинематическая схема двигателя.

Двигатель содержит два тороидальных цилиндра 1, каждый с рабочими камерами в виде секторов тора, помеченными буквами а, б (в и г соответственно во втором цилиндре), качающиеся поршни 2, жестко закрепленные на кольцах 3, вал привода 4, клапаны впуска и выпуска заряда и газов со штангами 5 и 6, распределительный вал с кулачками 7, качающееся коромысло 8 на валу 4, шатун 9, вращающийся кривошип 10, выходной вал 11.

Двигатель работает следующим образом. В двух цилиндрах 1 четырем тактам двигателя внутреннего сгорания (впуск заряда, сжатие его, рабочий ход и выпуск отработавшего заряда) соответствуют четыре рабочие камеры переменного объема а, б (в и г соответственно во втором цилиндре) с жестко связанными между собой поршнями 2. Рабочий ход в одной из камер через кольцо 3 обеспечивает возвратно-поворотное движение с некоторой угловой амплитудой обоих поршней 2 и жестко связанного с ними качающегося коромысла 8. При этом в других рабочих камерах осуществляются остальные такты работы двигателя (при соответствующей работе систем клапанов 5 и 6 в торцах цилиндров 1), а от поворота коромысла 8 через шатун 9 движение передается к вращающемуся кривошипу 10 на выходном валу 11.

После осуществления рабочего хода в одной рабочей камере начинается рабочий ход в другой камере, и процесс передачи усилий и перемещений повторяется. Вращение от выходного вала 11 передается на распределительный вал с кулачками 7, управляющий клапанами впуска и выпуска заряда через штанги 5 и 6.

Источники информации
1. А. с. СССР N 1326746, F 02 В 53/00, 1985.

2. Патент РФ N 2119070, F 02 В 53/00, 1996.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет снизить потери энергии в кинематическом и распределительном механизмах, повысить мощность на выходном валу и упросить конструкцию двигателя. Двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями содержит тороидальные рабочие камеры, размещенные в них поршни, жестко связанные через кольцо с валом привода, установленным центрально относительно рабочих камер и связанным кинематическим механизмом с выходным валом. Клапаны впуска и выпуска размещены в торцах рабочих камер и управляются от распределительного вала. Рабочие камеры выполнены в виде пары соосных тороидальных цилиндров с двумя переменными рабочими объемами каждый, имеют в поперечном относительно оси двигателя сечении только один поршень и кинематический механизм в виде кривошипно-коромыслового механизма. Каждый поршень выполнен с двусторонней юбкой, торцы рабочих камер с выемками, соответствующими конфигурации поршней. 3 ил.

Двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащий тороидальные рабочие камеры, размещенные в них поршни, жестко связанные через кольцо с валом привода, установленным центрально относительно рабочих камер и связанным кинематическим механизмом с выходным валом, клапаны впуска и выпуска, размещенные в торцах рабочих камер и управляемые от распределительного вала, отличающийся тем, что рабочие камеры выполнены в виде пары соосных тороидальных цилиндров с двумя переменными рабочими объемами каждый и имеющими в поперечном относительно оси двигателя сечении только один поршень, кинематический механизм - в виде кривошипно-коромыслового механизма, при этом каждый поршень выполнен с двусторонней юбкой, а торцы рабочих камер - с выемками, соответствующими конфигурации поршней.