ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F02F1/18 

Область техники

Настоящее изобретение относится к поршневому двигателю, используемому в автомобилях, морских судах, промышленных источниках энергии и т.п.

Уровень техники

Например, из документа JP-A-4-347352 (1) известен поршневой двигатель со вторым поршневым кольцом (вторым кольцом), расположенным вблизи первого поршневого кольца (верхним кольцом), которое находится между вторым поршневым кольцом и верхней поверхностью (поверхностью поршневой камеры), при этом второе поршневое кольцо наклонено относительно направления возвратно-поступательного движения поршня, за счет чего площадь воспринимающей давление газа поверхности поршня между первым поршневым кольцом и вторым поршневым кольцом становится больше со стороны давления поршня, чем с пассивной стороны, и газ из камеры сгорания поступает в кольцевую газовую камеру между первым поршневым кольцом и вторым поршневым кольцом. В таком поршневом двигателе со стороны давления поршня создают более высокое давление газа, чем с пассивной стороны, чтобы за счет выталкивающей силы газа поршень перемещался относительно цилиндра.

Раскрытие изобретения

Задачи, решаемые в изобретении

Чтобы площадь воспринимающей давление газа поверхности поршня между первым поршневым кольцом и вторым поршневым кольцом была больше со стороны давления поршня, чем с пассивной стороны, в описанном выше поршневом двигателе, в частности, наклонено только второе поршневое кольцо, чтобы увеличить угол наклона второго поршневого кольца и придать второму поршневому кольцу выраженную эллиптическую форму. В результате, существует вероятность того, что станет невозможным обеспечивать газонепроницаемость между наружной периферийной поверхностью поршневого кольца и внутренней периферийной поверхностью цилиндра, что второе поршневое кольцо будет с трудом вращаться относительно поршня и что может быть повреждено второе поршневое кольцо и внутренняя периферийная поверхность цилиндра, которая находится в скользящем контакте со вторым поршневым кольцом. Кроме того, также сложно изготовить поршневое кольцо выраженной эллиптической формы.

Настоящее изобретение создано с учетом описанных выше особенностей, и его задачей является создание поршневого двигателя, в котором поршень за счет выталкивающей силы газа способен перемещаться относительно цилиндра, уменьшен угол наклона первого и второго поршневых колец и предусмотрена кольцевая газовая камера для создания эффективной выталкивающей силы газа, и в котором могут использоваться круговые поршневые кольца, обеспечена газонепроницаемость между внутренней периферийной поверхностью цилиндра и наружными периферийными поверхностями поршневых колец и уменьшена вероятность повреждения поршневых колец и внутренней периферийной поверхности цилиндра.

Средства решения задач

Предложенный в настоящем изобретении поршневой двигатель включает первое поршневое кольцо, расположенное вблизи верхней поверхности поршня, ограничивающего камеру сгорания, второе поршневое кольцо, расположенное вблизи первого поршневого кольца, находящегося между вторым поршневым кольцом и верхней поверхностью поршня, кольцевую газовую камеру, ограниченную первым поршневым кольцом и вторым поршневым кольцом, и один или множество каналов, обеспечивающих сообщение кольцевой газовой камеры и камеры сгорания, при этом первое поршневое кольцо и второе поршневое кольцо соответственно наклонены относительно направления возвратно-поступательного движения поршня таким образом, чтобы находиться на большем расстояния друг от друга со стороны давления поршня, чем с пассивной стороны.

В предложенном в настоящем изобретении поршневом двигателе предусмотрен один или несколько каналов, обеспечивающих сообщение кольцевой газовой камеры и камеры сгорания, а первое поршневое кольцо и второе поршневое кольцо соответственно наклонены относительно направления возвратно-поступательного движения поршня таким образом, чтобы находиться на большем расстояния друг от друга со стороны давления поршня, чем с пассивной стороны. Таким образом, в кольцевой газовой камере со стороны давления поршня может быть создано более высокое давление, чем с пассивной стороны, за счет чего поршень может за счет выталкивающей силы газа перемещаться относительно цилиндра, и уменьшен угол наклона первого поршневого кольца и второго поршневого кольца. Следовательно, можно создать кольцевую газовую камеру для создания эффективной выталкивающей силы газа. Кроме того, в качестве первого поршневого кольца и второго поршневого кольца могут использоваться обычные круговые поршневые кольца, при этом первое поршневое кольцо и второе поршневое кольцо могут быть установлены с возможностью свободного вращения относительно поршня и цилиндра. Помимо этого, может быть обеспечена газонепроницаемость между внутренней периферийной поверхностью цилиндра и наружными периферийными поверхностями поршневых колец и уменьшена вероятность повреждения поршневых колец и внутренней периферийной поверхности цилиндра.

В предпочтительном варианте осуществления поршневого двигателя согласно изобретению первое поршневое кольцо и второе поршневое кольцо расположены ближе друг к другу с пассивной стороны.

В другом предпочтительном варианте осуществления поршневого двигателя согласно изобретению канал сообщения расположен со стороны давления, за счет чего кольцевая газовая камера и камера сгорания сообщаются друг с другом, когда поршень находится в верхней мертвой точке или вблизи верхней мертвой точки.

Преимущества изобретения

В изобретении предложен поршневой двигатель, в котором газ способен перемещаться через поршень относительно цилиндра, уменьшен угол наклона первого и второго поршневых колец и предусмотрена кольцевая газовая камера для создания эффективной выталкивающей силы газа, и в котором могут использоваться круговые поршневые кольца, обеспечена газонепроницаемость между внутренней периферийной поверхностью цилиндра и наружными периферийными поверхностями поршневых колец и уменьшена вероятность повреждения поршневых колец и внутренней периферийной поверхности цилиндра.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Далее со ссылкой на приложенные чертежи более подробно описан вариант осуществления изобретения. Следует отметить, что изобретение не ограничено данным вариантом осуществления.

На фиг.1-3 показан предложенный в настоящем изобретении поршневой двигатель 1, включающий верхнее круговое кольцо 5, служащее первым поршневым кольцом, которое расположено вблизи верхней поверхности (поверхности поршневой камеры) 4 поршня 3, ограничивающего камеру 2 сгорания, второе круговое кольцо 6, служащее вторым поршневым кольцом, которое расположено вблизи верхнего кольца 5, находящегося между вторым круговым кольцом 6 и верхней поверхностью 4, кольцевую газовую камеру 7, ограниченную верхним кольцом 5 и вторым кольцом 6, и множество каналов 8, обеспечивающих сообщение кольцевой газовой камеры 7 и камеры сгорания 2.

Поршневой двигатель 1 может представлять собой двухтактный или четырехтактный бензиновый двигатель или дизельный двигатель.

На периферийной поверхности 22, соединенной с верхней поверхностью 4 поршня 3, который осуществляет возвратно-поступательное движение в цилиндре 21 в направлении X, предусмотрены канавки для поршневых колец, в которые прочно входят, соответственно, верхнее кольцо 5 и второе кольцо 6. Кроме того, на периферийной поверхности 22 также предусмотрена канавка для маслосъемного поршневого кольца, в которую прочно входит маслосъемное кольцо 23, которое расположено вблизи второго кольца 6, расположенного между ним и верхним кольцом 5. Верхняя поверхность 3 поршневым пальцем 25 соединена с одним концом соединительного штока 24. С другим концом соединительного штока 24 соединен коленчатый вал.

Внутренняя периферийная поверхность 31 цилиндра 21 ограничивает диаметр (отверстие) 32 цилиндра, в котором помещается поршень 3. В головной части 33 цилиндра находится свеча 34 зажигания, впускной клапан 35 и выпускной клапан (не показан).

Участок 41 на стороне 9 давления верхнего кольца 5 расположен ближе к верхней поверхности 4 в направлении X, чем участок 42 на пассивной стороне 10 верхнего кольца 5. Участок 41 расположен дальше от второго кольца 6 в направлении X, чем участок 42. Наружная периферийная поверхность 43 верхнего кольца 5 находится в скользящем контакте с внутренней периферийной поверхностью 31 цилиндра 21. Верхнее кольцо 5 во взаимодействии с цилиндром 21 и поршнем 3 ограничивает камеру 2 сгорания и во взаимодействии с цилиндром 21, поршнем 3 и вторым кольцом 6 ограничивает кольцевую газовую камеру 7. Такое верхнее кольцо 5 наклонено относительно направления X, в котором поршень 3 осуществляет возвратно-поступательное движение, таким образом, чтобы находиться на большем расстоянии от второго кольца 6 со стороны 9 давления, чем с пассивной стороны 10. Верхнее кольцо 5 также наклонено относительно плоскости, перпендикулярной направлению X, и угол такого наклона предпочтительно составляет от 1 до 3 градусов, более предпочтительно от 2 до 3 градусов, еще более предпочтительно 2, 3 градуса или около этого. Верхнее кольцо 5 прочно установлено в канавке для поршневого кольца (канавке для верхнего кольца) поршня 3 с незначительным зазором, позволяющим ему вращаться относительно поршня 3 в направлении С, показанном на фиг.2, т.е. в направлении вдоль окружности поршня 3, и перемещаться в радиальном направлении.

Участок 51 на стороне 9 давления второго кольца 6 расположен дальше от верхней поверхности 4 в направлении X, чем участок 52 на пассивной стороне 10 второго кольца 6. Участок 51 расположен дальше от верхнего кольца 5 в направлении X, чем участок 52. Расстояние между участком 41 и участком 51 в направлении X превышает расстояние между участком 42 и участком 52 в направлении X. Наружная периферийная поверхность 53 второго кольца 6 находится в скользящем контакте с внутренней периферийной поверхностью 31 цилиндра 21. Второе кольцо 6 во взаимодействии с цилиндром 21 и поршнем 3 ограничивает камеру 2 сгорания и во взаимодействии с цилиндром 21, поршнем 3 и верхним кольцом 5 ограничивает кольцевую газовую камеру 7. Такое второе кольцо 6 наклонено относительно направления X, в котором поршень 3 осуществляет возвратно-поступательное движение, таким образом, чтобы находиться на большем расстоянии от верхнего кольца 5 со стороны 9 давления, чем с пассивной стороны 10. Второе кольцо 6 также наклонено относительно плоскости, перпендикулярной направлению X, в направлении, противоположном направлению наклона верхнего кольца 5, и угол такого наклона предпочтительно составляет от 1 до 3 градусов, более предпочтительно от 2 до 3 градусов, еще более предпочтительно 2, 3 градуса или около этого. Второе кольцо 6 наклонено в направлении, противоположном направлению наклона верхнего кольца 5, как это показано на фиг.1. Второе кольцо прочно установлено в канавке для поршневого кольца (канавке для второго кольца) поршня 3 с незначительным зазором, позволяющим ему вращаться относительно поршня 3 в направлении С и перемещаться в радиальном направлении. Соответствующие углы наклона верхнего кольца 5 и второго кольца 6 относительно плоскости, перпендикулярной направлению X, могут являться одинаковыми. Верхнее кольцо 5 и второе кольцо 6 могут являться симметричными.

Верхнее кольцо 5 и второе кольцо 6 расположены дальше друг от друга в направлении X со стороны 9 давления, чем с пассивной стороны 10, и расположены ближе друг к другу с пассивной стороны 10, чем со стороны 9 давления. Площадь воспринимающей давление газа периферийной поверхности 22 между верхним кольцом 5 и вторым кольцом 6 больше со стороны 9 давления, чем с пассивной стороны 10, и постепенно увеличивается от пассивной стороны 10 в направлении стороны 9 давления.

В варианте осуществления, показанном на фиг.2 и 3, на стороне 9 давления расположены три канала 8 для сообщения кольцевой газовой камеры 7 и камеры 2 сгорания, когда поршень 3 находится в верхней мертвой точке или вблизи верхней мертвой точки. Каждый из каналов 8 имеет прорезь 61.

Как показано на фиг.3, в рассматриваемом варианте осуществления на внутренней периферийной поверхности 31 цилиндра 21 предусмотрены прорези 61, обеспечивающие одновременное взаимное сообщение кольцевой газовой камеры 7 и камеры 2 сгорания, когда поршень 3 находится в положении, соответствующем преимущественно от 0 до 5 градусов и от 20 до 30 градусов угла поворота коленчатого вала относительно направления X во время рабочего такта. Следует отметить, что упомянутый угол поворота коленчатого вала задан диаметром поршня и длиной хода. Три прорези 61 расположены через одинаковые интервалы в направлении С. Прорезь 61, расположенная с одной стороны в направлении, в котором проходит поршневой палец 25, и прорезь 61, расположенная с другой стороны, выполнены противоположно друг другу в направлении, в котором проходит поршневой палец 25, а прорезь 61, расположенная между двумя прорезями 61, выполнена таким образом, чтобы камера 2 сгорания могла сообщаться с кольцевой газовой камерой 7 через участок 41 верхнего кольца 5.

Следует отметить, что прорезь 61 с одной стороны и прорезь 61 с другой стороны могут проходить в направлении X для обеспечения одновременного взаимного сообщения кольцевой газовой камеры 7 и камеры 2 сгорания до или после сообщения газовой камеры 7 и камеры 2 сгорания через прорезь 61, расположенную между двумя прорезями 61. Кроме того, прорезь 61, расположенная между прорезью 61 с одной стороны и прорезью 61 с другой стороны, может быть исключена. Помимо этого, несмотря на то, что в рассматриваемом варианте осуществления на каждой из сторон участка 41 верхнего кольца 5 предусмотрена лишь одна прорезь 61, проходящая в направлении, в котором проходит поршневой палец 25, на одной из сторон может находиться две или более прорезей 61, а на другой стороне может находиться такое же число прорезей 61.

Следует отметить, что несмотря на то, что в рассматриваемом варианте осуществления поршневой двигатель 1 имеет множество каналов 8 сообщения, поршневой двигатель 1 может иметь, например, лишь один канал 8 сообщения.

Далее подробно описана работа поршневого двигателя 1 согласно рассматриваемому варианту осуществления.

Во время рабочего такта, показанного на фиг.1, когда поршень начинает поступательное движение в сторону коленчатого вала 26 в направлении X, рабочий газ, образованный продуктами сгорания в камере 2 сгорания, по каналам 8 поступает в кольцевую газовую камеру 7, при этом за счет давления поступающего рабочего газа в кольцевой газовой камере 7 повышается давление газа. С учетом такой взаимосвязи между давлением газа, которое воздействует на поршень 3 между верхней поверхностью 4 и верхним кольцом 5, вращения коленчатого вала 26 в направлении R и наклона соединительного штока 24 на поступательно движущийся поршень 3 воздействует боковое давление А в направлении стороны 9 давления, при этом с учетом давления газа в кольцевой газовой камере 7, которое создается в большей степени со стороны 9 давления, чем с пассивной стороны 10, на поршень 3 в направлении пассивной стороны 10 также воздействует боковое давление В, противоположное давлению А. Поршень 3, на который воздействуют боковые давления А и В, за счет выталкивающей силы газа перемещается относительно цилиндра 21.

Поршневой двигатель 1 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления включает верхнее кольцо 5, расположенное вблизи верхней поверхности 4 поршня 3, ограничивающего камеру 2 сгорания, второе кольцо 6, расположенное вблизи верхнего кольца 5, находящегося между вторым кольцом 6 и верхней поверхностью 4 поршня 3, кольцевую газовую камеру 7, ограниченную верхним кольцом 5 и вторым кольцом 6, и один или множество каналов 8, обеспечивающих сообщение кольцевой газовой камеры 7 и камеры сгорания 2. Кроме того, верхнее кольцо 5 и второе кольцо 6 соответственно наклонены относительно направления X, которое является направлением возвратно-поступательного движения поршня 3, таким образом, чтобы находиться на большем расстояния друг от друга со стороны 9 давления поршня, чем с пассивной стороны 10. Таким образом, в кольцевой газовой камере 7 может быть создано более высокое давление со стороны 9 давления поршня, чем с пассивной стороны 10, за счет чего поршень 3 может за счет выталкивающей силы газа перемещаться относительно цилиндра 21, и может быть уменьшен угол наклона верхнего кольца 5 и второго кольца 6. Следовательно, можно создать кольцевую газовую камеру для создания эффективной выталкивающей силы газа. Кроме того, верхнее кольцо 5 и второе кольцо 6 могут иметь форму круга, при этом верхнее кольцо 5 и второе кольцо 6 устанавливают с возможностью вращения относительно внутренней периферийной поверхности 31 цилиндра 21.

Помимо этого, может быть обеспечена газонепроницаемость между внутренней периферийной поверхностью 31 цилиндра 21, с одной стороны, и наружной периферийной поверхностью 43 верхнего кольца 5 и наружной периферийной поверхностью 53 второго кольца 6, с другой стороны, и уменьшена вероятность повреждения верхнего кольца 5, второго кольца 6 и внутренней периферийной поверхности 31 цилиндра 21.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано поперечное сечение одного из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.2 показано поперечное сечение одного из вариантов осуществления изобретения в направлении стрелок по линии II-II,

на фиг.3 показаны каналы сообщения согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.1.

Перечень позиций

1 - поршневой двигатель,

2 - камера сгорания,

3 - поршень,

4 - верхняя поверхность,

5 - верхнее кольцо,

6 - второе кольцо,

7 - кольцевая газовая камера,

8 - канал сообщения.

Поршневой двигатель 1 содержит верхнее первое кольцо 5, расположенное вблизи верхней поверхности 4 поршня 3, ограничивающей камеру 2 сгорания, второе поршневое кольцо 6, расположенное вблизи верхнего кольца 5, кольцевую газовую камеру 7, ограниченную верхним кольцом 5 и вторым кольцом 6, и один или множество каналов 8, обеспечивающих сообщение кольцевой газовой камеры 7 и камеры сгорания 2 двигателя. Верхнее кольцо 5 и второе кольцо 6 соответственно наклонены относительно направления X, в котором осуществляет возвратно-поступательное движение поршень 3, таким образом, что расстояние между ними больше со стороны 9 давления поршня, чем с пассивной стороны 10. Такое выполнение снижает вероятность повреждения колец и внутренней поверхности цилиндра. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поршневой двигатель, включающий первое поршневое кольцо, расположенное вблизи верхней поверхности поршня, ограничивающего камеру сгорания, второе поршневое кольцо, расположенное вблизи упомянутого первого поршневого кольца, находящегося между упомянутым вторым поршневым кольцом и верхней поверхностью упомянутого поршня, кольцевую газовую камеру, ограниченную упомянутым первым поршневым кольцом и упомянутым вторым поршневым кольцом, и один или множество каналов, обеспечивающих сообщение упомянутой кольцевой газовой камеры и упомянутой камеры сгорания, при этом упомянутое первое поршневое кольцо и упомянутое второе поршневое кольцо соответственно наклонены относительно направления возвратно-поступательного движения упомянутого поршня таким образом, чтобы находиться на большем расстояния друг от друга со стороны давления поршня, чем с пассивной стороны.

2. Поршневой двигатель по п.1, в котором упомянутое первое поршневое кольцо и упомянутое второе поршневое кольцо расположены ближе друг к другу с пассивной стороны.

3. Поршневой двигатель по п.1 или 2, в котором упомянутый канал сообщения расположен со стороны давления поршня таким образом, что кольцевая газовая камера и камера сгорания сообщаются друг с другом, когда поршень находится в верхней мертвой точке или вблизи верхней мертвой точки.