ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F02B53/14 F02B55/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройству двигателей внутреннего сгорания без коленчатого и распределительного валов.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащий картерную полость, выполненную в виде раздельных камер нагнетания и сгорания, размещенных в них качающихся роторов-поршней, жестко связанных с валом привода, и выходной вал, связанный с валом привода при помощи механизма преобразования маятникового движения поршней во вращательное движение выходного вала (SU №1326746, 1987).

Недостатком данного двигателя является сложность работы механизма преобразования маятникового движения поршней во вращательное движение выходного вала, высокая точность изготовления его деталей, ограниченная удельная мощность.

Известен двигатель внутреннего сгорания с регулируемой мощностью, содержащий ротор, представляющий собой полое кольцо, жестко посаженное на расположенный по его продольной оси вал привода, на который через подшипники насажены закрепленные с основанием муфты с жестко насаженными на них дисками, по хордам которых жестко посажены цилиндры, поршни которых шарнирно соединены шатуном с подпружиненным рычажным коромыслом, свободный конец которого свободно упирается в подпружиненный храповик, расположенный на внутренней поверхности ротора, отличающийся тем, что муфта выполнена прерывистой по длине, ротор посажен на вал в промежутке между муфтами, второй конец подпружиненного рычажного коромысла шарнирно посажен с эксцентриситетом относительно оси вала на шайбу, жестко посаженную на муфту, свободный конец коромысла имеет прорезь для свободного прохода зуба всасывания, а также перемещающуюся заслонку, обеспечивающую, по необходимости, свободный проход зуба через прорезь, выключая при этом цилиндр из работы, оставляя поршень в покое (RU №2230911, 2004).

Известен двигатель внутреннего сгорания, который содержит поршневой диск, по периферии которого в поршневых выемках шарнирно установлены на опорах поршни, размещенные с возможностью движения, преобразуемого с помощью, по меньшей мере, одного диска во вращательное движение выходного вала, вокруг поршневого диска неподвижно расположены рабочие полости, снабженные свечами зажигания и клапанами впрыска горючей смеси и имеющие отверстия выпуска отработанных газов (US №810366, 1906, прототип).

Технической задачей изобретения является создание эффективного двигателя внутреннего сгорания и расширение арсенала двигателей внутреннего сгорания.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи заключается в расширении диапазона регулирования, улучшении компоновочных возможностей на транспортном средстве, повышение КПД, экономии горючего, высоких инерционных свойствах.

В основу работы двигателя положено максимальное использование правила рычага исходя из габаритных размеров транспортного средства, в первую очередь это касается ширины транспортного средства. Также для передачи крутящего момента используется только зубчатая передача, которая является самой эффективной по КПД, без использования других видов передачи, которые являются более затратными. Одновременно зубчатые диски будут являться основными элементами, передающими крутящий момент как на основной выходной вал, так и на вспомогательные потребители (генератор, масляный и топливный насосы, турбонагнетатель топлива, стартер, ревербераторы и т.д.).

Сущность изобретения заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания содержит поршневой диск, по периферии которого в поршневых выемках шарнирно установлены на опорах поршни, размещенные с возможностью движения, преобразуемого с помощью, по меньшей мере, одного диска во вращательное движение выходного вала, вокруг поршневого диска неподвижно расположены рабочие полости, снабженные свечами зажигания и клапанами впрыска горючей смеси и имеющие отверстия выпуска отработанных газов, причем поршневой диск закреплен к дополнительно установленному зубчатому диску, выполненному с одной стороны с зубьями, размещенными концентричными рядами, и жестко связанному с другой стороны с поршневым диском, поршни радиально подпружинены пружинами и снабжены каждый элементом качения, расположенным в перфорированной окнами канавке поршневого диска, рабочие полости отделены каждая от окна канавки заслонкой, имеющей кривизну, равную кривизне канавки, опертой на направляющую, подпружиненную пружиной, и установленной с возможностью поворота вокруг оси под воздействием элемента качения поршня и захода последнего в рабочую полость с образованием камеры сгорания, а с другой стороны диска с возможностью взаимодействия с зубьями последнего размещена шестерня выходного вала, установленная на выходном валу с возможностью перемещения под действием механизма перестановки вдоль направляющих, выполненных на выходном валу, размещенном в плоскости, параллельной диаметру зубчатого диска, при этом радиальные промежутки между концентричными рядами зубьев на диске превышают ширину зубьев упомутой шестерни выходного вала, а радиально зубчатому диску установлены синхронизирующие конические шестерни, введенные в зацепление с периферийным рядом зубьев диска с возможностью отбора мощности на вспомогательные потребители.

Предпочтительно двигатель выполнен с двумя зубчатыми дисками, размещенными соосно и параллельно по сторонам выходного вала, зубья которых введены в зацепление с одной шестерней вала, заслонка снабжена защелкой, выполненной с возможностью взаимодействия с направляющей при ее выдвинутом положении, и пружиной, выполненной с возможностью взаимодействия с направляющей при ее втянутом положении, механизм перестановки выполнен в виде кассеты, в которой размещена шестерня вала, и снабжен двумя параллельными стержнями, на которые оперты оси зубчатых дисков, установленные по обе стороны общего подшипника, а каждый поршень снабжен упором для взаимодействия с краем канавки поршневого диска при заходе поршня в рабочую полость.

Кроме того, заслонка выполнена с отверстиями отвода отработанных газов и установлена с возможностью воздействия на механизм воспламенения горючей смеси, заслонка снабжена рычагом для обратного поворота вокруг оси под воздействием элемента качения поршня при его выходе из рабочей полости, шестерня вала снабжена симметрично размещенными подшипниками, по наружной поверхности зубчатого диска расположены толкатели с коромыслами для воздействия на клапаны впрыска в камеры сгорания, причем каждый поршень выполнен с вогнутой поверхностью, обращенной к оси вращения поршневого диска, и выпуклой поверхностью, обращенной к рабочей полости, геометрическая форма стенок которой эквидистантна поверхностям поршня.

На Фиг.1 изображены траектории вращения зубчатых дисков 20 и шестерен 18 вокруг оси вала 19, на Фиг.2 - схема установки шестерни 18 на зубчатом диске 20, на Фиг.3 - схема расположения двигателя на транспортном средстве (вид сбоку), на Фиг.4 - схема расположения двигателя на транспортном средстве (вид снизу), на Фиг.5 - схема качения поршня 1 по канавке 3, на Фиг.6 - схема расположения рабочей полости 13 вокруг поршневого диска 16, на Фиг.7 - схема работы поршня 1 в камере 14 сгорания, на Фиг.8 - схема расположения поршня 1 при выходе из рабочей полости 13, на Фиг.9 - конструкция заслонки 5, на Фиг.10 - схема расположения поршней 1 вокруг дисков 20, на Фиг.11 - схема установки шестерни 18, взаимодействующей с двумя зубчатыми дисками 20, на Фиг.12 - схема зацепления синхронизирующей шестерни 22 с зубчатым диском 20, на Фиг.13 - схема расположения синхронизирующих шестерен 22 вокруг зубчатого диска 20, на Фиг.14 - схема механизма 27 перестановки шестерни 18 в аксонометрической (объемной) проекции, на Фиг.15 - схема расположения толкателей 24 вокруг зубчатого диска 20 и рядов зубьев последнего.

Двигатель внутреннего сгорания содержит расположенные по хордам поршневого диска 16 вокруг выходного вала 19 поршни 1, размещенные в рабочих полостях 13 с образованием камер 14 сгорания и с возможностью возвратно-поступательного движения, преобразуемого с помощью, по меньшей мере, одного поршневого диска 16 во вращательное движение выходного вала 19. Рабочие полости 13 расположены неподвижно вокруг поршневого диска 16, жестко закрепленного к дополнительно установленному зубчатому диску 20, выполненному с одной стороны с зубьями, размещенным концентричными рядами, и жестко связанному с другой стороны с поршневым диском, по периферии которого в поршневых выемках шарнирно установлены на опорах радиально подпружиненные пружинами 4 фигурные поршни, снабженные каждый элементом 2 качения, расположенным в перфорированной окнами (не обозначены) канавке 3 поршневого диска 16. Вокруг диска 16 расположены рабочие полости 13, снабженные свечами 7 зажигания и клапанами 6 впрыска горючей смеси, имеющие отверстия 10 выпуска отработанных газов, и отделенные каждая от окна канавки 3 заслонкой 5, имеющей кривизну, равную кривизне канавки 3, опертой на направляющую 8, подпружиненную пружиной 11, и установленной с возможностью поворота вокруг оси 37 под воздействием элемента 2 качения поршня 1 и захода последнего в рабочую полость 13 с образованием камеры 14 сгорания. С другой стороны диска 20 с возможностью взаимодействия с зубьями последнего размещена шестерня 18 вала 19, установленная на выходном валу 19 с возможностью перемещения под действием механизма 27 перестановки вдоль направляющих 40, выполненных на выходном валу 19, размещенном в плоскости, параллельной диаметру зубчатого диска 20, и связанного со сцеплением 31 транспортного средства. При этом радиальные промежутки между концентричными рядами зубьев на диске 20 превышают ширину зубьев упомянутой шестерни 18 вала 19. Радиально зубчатому диску 20 установлены синхронизирующие конические шестерни 22 (т.е. радиально установлены оси шестерен 22), введенные в зацепление с периферийным рядом зубьев диска 20 с возможностью отбора мощности на вспомогательные потребители транспортного средства (не изображены).

Двигатель выполнен с двумя зубчатыми дисками 20, размещенными соосно и параллельно по сторонам выходного вала 19, зубья которых введены в зацепление с одной шестерней 18 вала 19.

Заслонка 5 снабжена защелкой 12, выполненной с возможностью взаимодействия с направляющей 8 при ее выдвинутом положении, и пружиной 15, выполненной с возможностью взаимодействия с направляющей 8 при ее втянутом положении.

Механизм 27 перестановки выполнен в виде кассеты, в которой размещена шестерня 18 вала 19, и снабжен двумя параллельными стержнями 26, на которые оперты оси 25 зубчатых дисков 20, установленные по обе стороны общего подшипника 39.

Каждый поршень 1 снабжен упором 9 для взаимодействия с краем канавки 3 поршневого диска 16 при его заходе в рабочую полость 13.

Заслонка 5 выполнена с отверстиями 34 отвода отработанных газов и установлена с возможностью воздействия на механизм воспламенения горючей смеси (не изображен).

Заслонка 5 снабжена рычагом 33 для ее обратного поворота вокруг оси 37 под воздействием элемента 2 качения поршня 1 при его выходе из рабочей полости 13.

Шестерня 18 вала 19 снабжена симметрично размещенными подшипниками 41.

По наружной поверхности зубчатого диска 20 расположены толкатели 24 с коромыслами 29 для воздействия на клапаны 6 впрыска в камеры 14 сгорания.

Каждый поршень 1 выполнен с вогнутой поверхностью, обращенной к оси вращения поршневого диска 16, и выпуклой поверхностью, обращенной к рабочей полости 13, геометрическая форма стенок которой эквидистантна (имеет такую же кривизну) поверхностям поршня 1.

Поршневой диск 16 может крепиться к зубчатому диску 20 плоскостями любыми видами жесткого крепления, сваркой, болтами или литьем, в результате чего будет образовываться диск двигателя. Двигатель предпочтительно состоит из двух поршневых 16 и двух зубчатых дисков 20, которые соединены между собой (Фиг.11). Зубчатые диски 20 абсолютно идентичны друг другу по всем параметрам и установлены друг напротив друга на одной и той же оси вращения с использованием подшипников 38 (Фиг.11).

Компоновочные возможности позволяют располагать двигатель 30 в нижней части кузова автомобиля (Фиг.3), горизонтально, между колесами (Фиг.4), что будет способствовать равномерному распределению нагрузки на колеса, придавать максимальную устойчивость на дороге при вхождении в повороты, так как самая тяжелая часть автомобиля будет располагаться в нижней части транспортного средства.

Зубчатый диск 20 имеет проемы между рядами зубьев. Ряды зубьев на диске 20 расположены строго на определенных радиусных расстояниях, чтобы шестерня 18 вращалась на одном и том же расстоянии от оси вращения зубчатых дисков. Зубчатая поверхность диска 20 имеет вид нормально (перпендикулярно плоскости диска 20) направленных зубьев в каждом ряду, при этом количество зубьев нарастает от центрального ряда к периферическому ряду, так как периметры каждого ряда зубьев так же будет увеличиваться от центра к периферии (Фиг.15). Ширина промежутков между концентричными рядами зубьев на диске 20 выполняется не меньше ширины вершины зубьев на шестерне 18. Поршень 1 крепится к поршневому диску 16 за счет опор (штуцерного крепления) 35.

На Фиг.10 отмечено расположение поршней 1 и поршневых ям 13 на уровне поршневых дисков 20, которые вращаются в противоположных направлениях. Толстым штрихом обозначены поршни 1, расположенные на диске 20, вращающемся против часовой стрелки, и их поршневые ямы 13 в картере двигателя, тонким штрихом отмечена проекция расположения поршней 1 на диске 20, вращающемся по часовой стрелке, и поршневых ям 13 для данных поршней 1 в картере двигателя.

На чертежах Фиг.1-15 обозначены: 1 - поршни, 2 - элементы качения (роллеры), 3 - канавка, 4 - пружина, 5 - заслонка, 6 - клапаны впрыска, 7 - свечи зажигания, 8 - направляющая (ножка заслонки 5), 9 - упор (ограничитель), 10 - отверстие выпуска отработанных газов, 11 - пружина, 12 - защелка (клапан-регулятор), 13 - рабочие полости (поршневые ямы), 14 - камеры сгорания, 15 - компенсаторная пружина, 16 - поршневой диск, 17 - поршневые выемки (поршневые карманы), 18 - шестерня вала, 19 - выходной вал (ротор), 20 - зубчатый диск, 21 - картер транспортного средства, 22 - синхронизирующие шестерни, 23 - вспомогательные потребители транспортного средства, 24 - толкатели, 25 - ось вращения зубчатого диска, 26 - стержни (направляющие рельсы), 27 - толкательный механизм перестановки, 28 - демпферы толкательного механизма перестановки, 29 - коромысла, 30 - двигатель на транспортном средстве, 31 - сцепление транспортного средства, 32 - передача, 33 - рычаг (пятка), 34 - отверстия отвода отработанных газов, 35 - шарнирные опоры поршней (штуцерное крепление), 36 - канавка заслонки, 37 - ось заслонки, 38 - подшипники, 39 - подшипник вала, 40 - направляющие (ребра вала), 41 - подшипники, 42 - опоры механизма перестановки зубчатых дисков, 43 - шариковые опоры, 44 - подшипники. На фиг.1 буквами А, В, С обозначены положения шестерни 18 на диске 20.

Двигатель внутреннего сгорания и его элементы функционируют следующим образом.

Вращение двух зубчатых дисков 20, введенных в зацепление с одной шестерней 18, происходит в противоположных направлениях (как показано на Фиг.1) под прямым углом по отношению к ним установлена зубчатая шестерня 18 с возможностью перемещения радиально по отношению к зубчатым дискам 20.

За счет использования максимально возможной длины d рычага (закладываемого в дисковых устройствах двигателя) исходя из ширины автомобиля, будет достигаться цель в виде уменьшения прикладываемой силы F к толкательному движению поршней 1, расположенных по внешнему периметру дисков 16, для выполнения вращательного движения шестерни 18, расположенной на валу 19 радиально между зубчатыми поверхностями дисков 20.

На Фиг.2 показана принципиальная схема работы зубчатого диска 20, поршня 1, зубчатой шестерни 18 вала 19. Если приложить силу F₂ к толканию поршня 1 на расстоянии, равном плечу d₂, то сила F₁, прикладываемая к шестерне 18 вала 19 на расстоянии, равном плечу d₁, будет во столько раз больше, во сколько плечо d₂ больше плеча d₁, или если выразить это формулой, то F₁=F₂×d₂/d₁. To есть, другими словами говоря, если для начала движения транспортного средства, что является самым энергозатратным процессом в кинематике, так как нужно преодолеть трение покоя, нужна минимальная сила, равная F₁, то сила F₂ может быть уменьшена во столько же, раз во сколько плечо d₂ больше d₁, где d₁ - радиус расположения зубьев, взаимодействующих с зубьями шестерни 18. Что и позволит при небольших рабочих объемах двигателей (а, следовательно, и низком расходе топлива) совершать работу по перемещению грузов, которые сейчас совершают двигатели с большим рабочим объемом и высоким расходом топлива. Но так как дисковые устройства с дисками 16, 20 при вращении обладают еще и высокими инерционными характеристиками, то экономия топлива будет еще более значимой, особенно по сравнению с конструкциями известных поршневых двигателей (так как в последних поршни совершают линейное, обратно-поступательное движение, из-за чего и не обладают инерционными характеристиками, и поэтому количество оборотов коленчатого вала быстро снижается до минимальных при прекращении работы акселератора).

Описание работы шестерни 18 вала 19 и зубчатого диска 20.

Шестерня 18 вала 19 (Фиг.2) будет, по мере нарастания скорости движения автомобиля, перемещаться от центрального ряда зубьев (не обозначены) к периферическому ряду зубьев, расположенных на диске 20. Зубчатый диск 20 имеет проемы между рядами зубьев, это будет необходимо для синхронизации вращения шестерни 18 и зубчатого диска 20 при перемещении от одного ряда зубьев к другому в момент выжатого сцепления 31 (Фиг.3), что будет существенно уменьшать повреждение шестерни 18 и зубчатого диска 20. Ширина промежутков между концентричными рядами зубьев на диске 20 выполняется не меньше ширины вершины зубьев на шестерне 18, которая будет вращаться на валу 19, чтобы при перемещении шестерни 18 радиально по валу 19 она не упиралась в очередной ряд зубьев на диске 20 и легко попадала в промежуток между зубьями диска 20, за счет проворачивания до нужного угла. Таким образом, зубчатая поверхность диска 20 двигателя выполнена вышеописанным образом и, как показано на Фиг.2 и 15, с обеспечением возможности перемещения радиально шестерни 18 по валу 19, будет выполнять так же роль коробки передач и обеспечивать в начале движения автомобиля максимальную возможность для усиления вращательного движения шестерни 18 на валу 19, за счет создаваемого рычага на каждом ряду зубчатой поверхности диска 20 двигателя.

Устройство и движение поршня 1.

Поршень 1 при движении вдоль канавки 3 для элемента качения (роллера) 2 поршня 1 будет описывать окружность и постоянно будет выталкиваться из поршневой выемки (кармана) 17 (Фиг.7) под воздействием выталкивающей силы (большая стрелка Фиг.5), нарастающей по мере увеличения частоты вращения диска 20 и под воздействием пружины 4 Фиг.6 (маленькая стрелка Фиг.5), за счет чего поршень 1 будет проваливаться через окно (не обозначено) канавки 3 в полость (поршневую яму) 13 на Фиг.6, в момент когда заслонка 5 будет разблокирована защелкой (клапаном регулятором) 12 заслонки 5 (Фиг.6). За счет наличия роллера 2 в конструкции поршня 1 существенно снижается сила трения, как при толкании поршня 1 в момент воспламенения горючей смеси (указанны прямыми стрелками Фиг.6, 7, 8) из камеры 14 сгорания топлива, которая образуется после проваливания поршня 1 в полость поршневой ямы 13, так и в период движения поршня 1 после его выталкивания в поршневой карман 17, когда роллер 2 будет двигаться по окружности, которая образованна канавкой 3 и закрытыми заслонками 5. Дугообразный изгиб с внешней стороны поршня 1 позволит не соприкасаться деталям поршня 1 с остальными деталями двигателя в период выталкивания из поршневой ямы 13 и в период движения по окружности. Ограничитель (упор) 9 поршня 1 ограничивает вылет поршня 1 в поршневую яму 13, что позволяет предотвращать избыточный удар поршня 1 по заслонке 5. Также смягчать удар поршня 1 по заслонке 5 будет компенсаторная пружина 15, ограничивающая движение направляющей (ножки) 8 заслонки 5. Она же в начальной фазы закрытия заслонки 5 будет частично помогать возвращать заслонку 5 в закрытое положение.

Заслонка 5 отделяет камеру 14 (Фиг.6) от поршневой ямы 13 ножкой 8 (Фиг.6 и 9). В результате проваливания поршня 1 заслонка 5 будет смещаться, и будет образовываться камера 14 сгорания топлива. Также заслонка 5 играет роль регулятора работы двигателя за счет блокирования проваливания поршня 1 в яму 13 (Фиг.6) или наоборот, данное действие будет осуществляться за счет открытия или закрытия защелки (клапана-регулятора) 12 (Фиг.6). Заслонка 5 будет вращаться вокруг оси 37 (Фиг.9). Рычаг (пятка) 33 заслонки 5 (Фиг.9) нужна для более быстрого возврата заслонки 5 в закрытое положение после наезжания на нее роллера 2 поршня 1. Отверстия 34 в заслонке 5 (Фиг.9) нужны для прохождения выхлопных газов из камеры 14 сгорания топлива в поршневую яму 13 в момент закрытия заслонки 5, где в поршневой яме предусмотрено отверстие (окно) 10 выхода выхлопных газов (Фиг.6).

Последовательность работы поршневой части двигателя.

По периметру диска 16 каждый поршень 1 под воздействием выталкивающей силы за счет вращения диска 20 и выталкивающей силы, создаваемой пружиной 4, будет выталкиваться в поршневую яму 13, которая имеет форму, сопоставимую (эквидистантную) с формой поршня 1. В момент, когда поршень 1 будет западать в поршневую яму 13, он будет отжимать заслонку 5 на дно поршневой ямы 13, отделяя камеру 14. После того как заслонка 5 будет открыта и ножка 8 заслонки 5 коснется компенсаторной пружины 15, будет воспламеняться топливная смесь свечой 7 зажигания, после чего поршень 1 будет скользить по поверхности заслонки 5 и выталкиваться из камеры 14 сгорания. По мере скольжения поршня 1 по поверхности заслонки 5 за счет выталкивающей силы, создаваемой сгоранием топлива в направлении, указанном прямыми стрелками Фиг.7, будут выталкиваться выхлопные газы (изогнутые двойные стрелки на Фиг.7), оставшиеся в поршневой яме 13 после предыдущего сгорания топлива. Далее поршень 1 по мере продвижения в сторону окна 10 выхода выхлопных газов постепенно начнет продвигаться уже за счет соприкосновения роллера 2 поршня 1 с канавкой 36 заслонки 5, а не скольжения поршня 1 по заслонке 5. В момент выхода поршня 1 из камеры 14 сгорания (Фиг.8) роллер 2 поршня 1 наедет на пятку 33 заслонки 5 (Фиг.8), что будет помогать закрытию заслонки 5 за счет упругости пружины 11 возврата заслонки 5 (Фиг.8), и выталкивается компенсаторной пружиной 15.

На Фиг.10 отмечено расположение поршней 1 и поршневых ям 13 на уровне поршневых дисков 16, которое будет оптимальным для подведения горючего, вкручивания (замены) свечей 7 зажигания, отвода выхлопных газов. Хотя данное расположение не обязательно. Также не обязательно указанное на Фиг.10 расположение поршней 1 относительно заслонок 5, которые начерчены таким образом, что все поршни 1 расположены в одном и том же положении и будут одновременно проваливаться в поршневые ямы 13. Можно их расположить таким образом, что они будут проваливаться поочередно, сначала провалятся поршни 1 одного диска 20, и после того как они выйдут из поршневых ям 13, будут проваливаться поршни 1 другого диска 20, что, правда, будет приводить к большей вибрации двигателя, но зато будет постоянно осуществляться толкательное движение на диск 20. Первый вариант расположения поршней 1 относительно заслонок 5 (и поршневых ям 13) может привлекать еще тем, что объем одномоментно задействованных камер 14 сгорания топлива может меняться от одной камеры 14 до всех камер 14, входящих в состав двигателя. На Фиг.10 число камер 14 сгорания (соответственно и поршней 1, и поршневых ям 13) равно шести, т.е. если объем одной камеры 14 равен 150 см³, то объем одномоментно задействованных камер 14 при вращении диска 20 (т.е. рабочий объем двигателя) может меняться от 150 см³ до 900 см³, что позволяет выбирать более экономный режим работы двигателя в зависимости от необходимых условий. А если учесть то, что заслонки 5 будут находиться постоянно в открытом положении, т.е. если при каждом прохождении поршня 1 над заслонкой 5 он будет проваливаться в поршневую яму 13, то двигатель с расположением на каждом диске 20 по три поршня 1 и по три поршневых ямы 13, как показано для примера на Фиг.10, то в период одного оборота диска 20 суммарный рабочий объем за один оборот может возрастать от 150 см³ до 2700 см³. Работа одной камеры 14 одномоментно может быть наиболее подходящей для поддержания крутящего момента диска 20 двигателя с постоянной частотой. А во время, когда необходимо ускорить частоту вращения зубчатых дисков 20, могут быть моментально дополнительно задействованы все камеры 14 сгорания (рабочие объемы) и плюс ко всему еще более интенсивная подача горючей смеси в камеру 14. Также одномоментное срабатывание одной или нескольких камер 14 сгорания может осуществляться с требуемой периодичностью, к примеру 1 раз в 1/4 или 1/2 оборота диска 20, или 1 раз за 2, 3…6 оборотов. Что позволяет широко варьировать характеристики двигателя. Кроме того, количество устанавливаемых поршней 1 на диске 16 может быть разным, от одного до шести и более, в зависимости от их размеров и требуемых задач.

Работа дисков двигателя.

Поршневые диски 16 двигателя будут отличаться друг от друга направленностью установки в зависимости от направления толкательного движения поршней 1 и расположением внешних плоскостей, обращенных в сторону картера 21, где предусмотрены торцевые канавки (не обозначены) для установки шариковых опор 43, чтобы облегчать вращение единого диска в сборе (который будет состоять из поршневого и зубчатого дисков 16, 20). Вращение каждой из соединенных пар дисков 16, 20 двигателя относительно другой пары будет происходить в противоположном направлении, как показано на Фиг.1, за счет встречной установки поршней 1 на них. Синхронность вращения дисков 16, 20 обеспечивается за счет вращения внешних синхронизирующих шестерен 22, зубья которых контактируют с периферийным (внешним) рядом зубьев на зубчатом диске 20, и которые устанавлены в катере двигателя с помощью подшипников 44, как показано на Фиг.12, где изображена внешняя часть двигателя. К внешним шестерням 22 по мере необходимости будут подсоединяться вспомогательные устройства, как указано на Фиг.12, к которым могут относиться: генератор, масляный и топливный насосы, турбонагнетатель топлива, стартер, ревербераторы и т.д.

Располагаться внешние синхронизирующие шестерни 22 будут, как показано на Фиг.13. Также они будут ограничивать сближение зубчатых дисков 20. Между зубчатыми поверхностями дисков 20 будет располагаться шестерня 18 вала 19 (Фиг.11). В оси 25 вращения дисков 20 установлен подшипник 39 вала 19, как показано на Фиг.11 и 14, который и будет являться осью вращения вала 19. Вал 19 имеет направляющие (ребра) 40, как это показано на Фиг.11 и на Фиг.14 в 3-х мерном изображении. Также между зубчатыми поверхностями дисков 20 располагаются толкательный переставляющий механизм 27 шестерни 18 вала 19 (Фиг.14. в 3-мерном изображении). Механизм 27 может двигаться по направляющим рельсам 26 с помощью гидравлического привода (но возможно использование и механического привода). Дополнительную жесткость конструкции толкательного механизма 27 будут придавать опоры 42 направляющих рельсов 26, расположенных на оси 25 вращения дисков 20, это необходимо для того, чтобы создать в данном месте максимальную прочность конструкции, так как именно ближе к оси вращения дисков 20 к шестерне 18 вала 19 будет прикладываться максимально возможная сила от вращения дисков 20 двигателя. Шестерня 18 соединена с толкательным механизмом 27 с помощью подшипников 41 Фиг.11, которые будут обеспечивать ей свободное вращение вокруг вала 19, при этом передавая крутящий момент на вал 19 за счет соединения шестерни 18 с валом посредством ребер 40 вала. В момент, когда шестерня 18 войдет между зубьями зубчатой поверхности диска 20 двигателя, будет происходить жесткая фиксация толкательного механизма 27, чтобы он уже не мог быть сдвинут в любом направлении. Таким образом, будет происходить процесс перемещения шестерни 18 вала 19 на нужный радиус. По мере продвижения шестерни 18 вала между дисками 20 в радиальном направлении от центра в сторону картера, при фиксации на новом ряде зубьев дисков 20, будет закономерно увеличиваться частота вращения вала 19, даже без изменения частоты вращения дисков 20 двигателя, но при этом же условии будет и убывать сила, прикладываемая к шестерне 18 вала 19 от центра к периферии.

Управление впрыском осуществляется зубчатым диском 20, по внешней окружности которого расположены толкатели 24 коромысел 29, осуществляющих нажатие клапанов 6 впрыска топлива в направлении камеры 14 (Фиг.12, 13, 15).

Между зубчатыми поверхностями дисков 20 двигателя на поверхность шестерни 18 вала 19 нужно будет постоянно подавать моторное масло для увеличения сроков эксплуатации всей конструкции двигателя. Также надежность конструкции и ее долговечность будет зависеть от качества материалов и их характеристик, используемых для создания каждого элемента двигателя. Система охлаждения двигателя будет осуществляться за счет нахождения охлаждающей жидкости в полостях катера двигателя с внешней стороны поршневых ям.

Для данного двигателя требуется коробка передач (не изображена) для снижения частоты вращения ведомых валов от вращения ведущего вала 19, расположенного между дисками 20. Также она нужна будет для включения задней передачи.

Даже при низких оборотах дисков 20 можно будет достигать нужных силовых характеристик двигателя, чтобы двигать транспортное средство, что также будет приводить к существенному снижению расходования топливной смеси. Топливом может быть любой из известных видов жидких или газообразных видов топлива, включая и водород.

Двигатель будет иметь плоскую форму, небольшую по высоте, что не будет занимать много места в нижней части транспортного средства (автомобиля) по высоте, но будет занимать большую площадь в горизонтальной плоскости. По периметру от дискового двигателя будут располагаться инжекторы, топливные насосы, турбонагнетатели топливной смеси, ревербераторы, стартер, генератор или даже электродвигатель, если будет предусматриваться гибридный транспорт, с приводом на или от зубчатую (ой) поверхности двигателя. Данные устройства можно расположить сбалансировано рядом с двигателем, создавая также равномерную нагрузку на колесную базу.

Данная конструкция двигателя будет способствовать снижению расходования топлива, большей экономии его, дает возможность широко использоваться различные режимы работы двигателя для достижения нужного результата. Использование рычажного механизма, заложенного в основе двигателя, позволит существенно повысить силовые характеристики двигателя даже при уменьшении суммарного объема камер сгорания двигателя.

При использовании данного двигателя будет существенно освобождаться пространство в передней части автомобиля, которое можно будет использоваться для улучшения безопасности автомобиля в период аварии. Или для увеличения места для багажа. При попадании на водную поверхность автомобиль будет равномерно погружен в воду, что будет способствовать его плавучести при создании амфибийных транспортных средств.

При использовании в самолете за счет плоского строения двигателя можно будет расположить его внутри крыла или слегка выпячивая его из под крыла, что будет способствовать лучшей воздухообтекаемости двигателя в период полета. При использовании его на кораблях его можно будет устанавливать как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях в зависимости от выгодности положения. Возможно использование двигателей данной конструкции и во многих других областях, не связанных с транспортом, например в генераторных установках.

Таким образом, создан эффективный двигатель внутреннего сгорания и расширен арсенал двигателей внутреннего сгорания.

При этом расширен диапазон регулирования, улучшены компоновочные возможности на транспортном средстве, повышены КПД и экономия горючего, обеспечены высокие инерционные свойства.

Изобретение относится к машиностроению. Двигатель внутреннего сгорания содержит поршневой диск (16), по периферии которого в поршневых выемках (17) шарнирно установлены на опорах поршни (1). Поршни размещены с возможностью движения, преобразуемого с помощью, по меньшей мере, одного диска (16) во вращательное движение выходного вала. Вокруг поршневого диска (16) неподвижно расположены рабочие полости. Рабочие полости снабжены свечами (7) зажигания и клапанами впрыска горючей смеси и имеют отверстия (10) выпуска отработанных газов. Поршневой диск (16) закреплен к дополнительно установленному зубчатому диску. Зубчатый диск выполнен с одной стороны с зубьями, размещенными концентричными рядами, и жестко связан с другой стороны с поршневым диском (16). Поршни (1) радиально подпружинены пружинами и снабжены каждый элементом качения. Элемент качения расположен в перфорированной окнами канавке поршневого диска (16). Рабочие полости отделены каждая от окна канавки заслонкой. Заслонка имеет кривизну, равную кривизне канавки, оперта на подпружиненную направляющую и установлена с возможностью поворота под воздействием элемента качения поршня (1) и захода последнего в рабочую полость с образованием камеры сгорания. С другой стороны зубчатого диска с возможностью взаимодействия с зубьями последнего размещена шестерня выходного вала, установленная с возможностью перемещения. Техническим результатом является расширение диапазона регулирования, улучшение компоновочных возможностей на транспортном средстве, повышение КПД. 9 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршневой диск (16), по периферии которого в поршневых выемках (17) шарнирно установлены на опорах (35) поршни (1), размещенные с возможностью движения, преобразуемого с помощью, по меньшей мере, одного диска (16) во вращательное движение выходного вала (19), вокруг поршневого диска (16) неподвижно расположены рабочие полости (13), снабженные свечами (7) зажигания и клапанами (6) впрыска горючей смеси и имеющие отверстия (10) выпуска отработанных газов, отличающийся тем, что поршневой диск (16) закреплен к дополнительно установленному зубчатому диску (20), выполненному с одной стороны с зубьями, размещенными концентричными рядами, и жестко связанному с другой стороны с поршневым диском (16), поршни (1) радиально подпружинены пружинами (4) и снабжены каждый элементом (2) качения, расположенным в перфорированной окнами канавке (3) поршневого диска (16), рабочие полости (13) отделены каждая от окна канавки (3) заслонкой (5), имеющей кривизну, равную кривизне канавки (3), опертой на направляющую (8), подпружиненную пружиной (11), и установленной с возможностью поворота вокруг оси (37) под воздействием элемента (2) качения поршня (1) и захода последнего в рабочую полость (13) с образованием камеры (14) сгорания, а с другой стороны диска (20) с возможностью взаимодействия с зубьями последнего размещена шестерня (18) выходного вала (19), установленная на выходном валу (19) с возможностью перемещения под действием механизма (27) перестановки вдоль направляющих (40), выполненных на выходном валу (19), размещенном в плоскости, параллельной диаметру зубчатого диска (20), при этом радиальные промежутки между концентричными рядами зубьев на диске (20) превышают ширину зубьев упомянутой шестерни (18) выходного вала (19), а радиально зубчатому диску (20) установлены синхронизирующие конические шестерни (22), введенные в зацепление с периферийным рядом зубьев диска (20) с возможностью отбора мощности на вспомогательные потребители.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с двумя зубчатыми дисками (20), размещенными соосно и параллельно по сторонам выходного вала (19), зубья которых введены в зацепление с одной шестерней (18) вала (19).

3. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что заслонка (5) снабжена защелкой (12), выполненной с возможностью взаимодействия с направляющей (8) при ее выдвинутом положении, и пружиной (15), выполненной с возможностью взаимодействия с направляющей (8) при ее втянутом положении.

4. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что механизм (27) перестановки выполнен в виде кассеты, в которой размещена шестерня (18) вала (19), и снабжен двумя параллельными стержнями (26), на которые оперты оси (25) зубчатых дисков (20), установленные по обе стороны общего подшипника (39).

5. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждый поршень (1) снабжен упором (9) для взаимодействия с краем канавки (3) поршневого диска (16) при заходе поршня в рабочую полость (13).

6. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что заслонка (5) выполнена с отверстиями (34) отвода отработанных газов и установлена с возможностью воздействия на механизм воспламенения горючей смеси.

7. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что заслонка (5) снабжена рычагом (33) для обратного поворота вокруг оси (37) под воздействием элемента (2) качения поршня (1) при его выходе из рабочей полости (13).

8. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что шестерня (18) вала (19) снабжена симметрично размещенными подшипниками (41).

9. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что по наружной поверхности зубчатого диска (20) расположены толкатели (24) с коромыслами 29 для воздействия на клапаны (6) впрыска в камеры (14) сгорания.

10. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждый поршень (1) выполнен с вогнутой поверхностью, обращенной к оси вращения поршневого диска (16), и выпуклой поверхностью, обращенной к рабочей полости (13), геометрическая форма стенок которой эквидистантна поверхностям поршня (1).