СИСТЕМА С ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ С КАЧАЮЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ Российский патент 2013 года по МПК F02B55/04 F02B55/10 F01C9/00 F01C21/04 F01C21/06 

Изобретение относится к системе с текучей средой для двигателя с качающимися поршнями, содержащего, по меньшей мере, два расположенных в шарообразном корпусе и сообща обращающихся вокруг расположенной по центру корпуса оси обращения качающихся поршня, каждый из которых имеет два противоположных плеча и которые при обращении совершают встречные возвратно-поступательные качательные движения вокруг оси качания, перпендикулярной оси обращения, причем расположенные, по меньшей мере, на двух плечах поршня направляющие элементы входят, по меньшей мере, в один выполненный в корпусе, предназначенный для управления качательными движениями направляющий паз.

Такие двигатели с качающимися поршнями относятся к двигателям внутреннего сгорания, у которых рабочие такты впуска, сжатия, расширения и выхлопа горючей смеси в соответствии с четырехтактным рабочим циклом соответственно с принудительным или самовоспламенением вызваны качательными движениями обращающихся поршней между двумя конечными положениями.

Такой двигатель с качающимися поршнями, известный из WO 2005/098202 А1, содержит подводы для текучей среды с внутренней стороны поршней к используемым в качестве направляющих элементов свободным шаро- или эллипсообразным телам вращения. Вместо этих свободных направляющих элементов могут быть также предусмотрены жестко соединенные с поршнями, радиально вращающиеся ролики, описанные, например, в US 3075506 и WO 03/067033. Также для этих направляющих элементов соответственно предусмотрена и необходима смазка. В случае первых из вышеназванных двигателей указано далее внутреннее охлаждение посредством текучей среды за счет того, что за внутренними поверхностями поршней, охватывающими рабочие камеры, расположены заполненные текучей средой полости, которые нагреваются за счет теплопередачи от внутренних поверхностей рабочих камер и передают это тепло в результате циркуляции текучей среды к резервуару и, при необходимости, к устройствам охлаждения текучей среды. Кроме того, должны смазываться подшипники осей обращения и качания, а также проходящие по внутренней стороне корпуса уплотнительные элементы. Система с текучей средой должна защищать за счет адекватной смазки трущиеся друг о друга части двигателя от чрезмерного износа, повышать кпд за счет снижения сопротивления прокручиванию и, при необходимости, обеспечивать дополнительное охлаждение за счет теплоотвода посредством нагрева текучей среды и ее отвода из двигателя.

Задачей изобретения являются создание для различных применений и выполнений двигателей с качающимися поршнями соответствующей системы с текучей средой, которая отличалась бы простотой, минимальными потерями или соответственно расходом текучей среды, подходящими средствами для текучей среды и минимальным трением, т.е. небольшим износом и, тем самым, длительным сроком службы, и использование синергизма между системами с текучей средой для смазки, топливоснабжения и охлаждения двигателя.

Эта задача решается согласно изобретению посредством двигателя с качающимися поршнями с признаками пункта 1 формулы.

Система с текучей средой предусмотрена для двигателя с качающимися поршнями, содержащего, по меньшей мере, два расположенных в шарообразном корпусе двуплечих качающихся поршня и вращающийся вокруг расположенной по центру корпуса оси обращения качательно-вращательного вала, причем качающиеся поршни закреплены на качательно-вращательном валу с возможностью качания вокруг перпендикулярной оси обращения оси качания таким образом, что при вращении качательно-вращательного вала вокруг оси обращения они сообща обращаются вокруг оси обращения и при обращении совершают встречные возвратно-поступательные качательные движения вокруг оси качания, причем расположенные, по меньшей мере, на двух поршнях направляющие элементы входят, по меньшей мере, в один выполненный в корпусе направляющий паз, служащий для управления качательными движениями. Каждый поршень имеет, по меньшей мере, один заполняемый текучей средой канал, образующий составную часть системы с текучей средой.

Согласно изобретению каждый заполняемый канал имеет, по меньшей мере, одну выполненную в или на соответствующем поршне полость и/или, по меньшей мере, одно выполненное в соответствующем поршне отверстие, причем впуск текучей среды из резервуара через корпус происходит, по меньшей мере, на одном конце качательно-вращательного вала, а соответствующая полость в или на соответствующем поршне и/или соответствующее отверстие в нем заполняются через отверстия в валу, а из соответствующей полости и/или соответствующего отверстия отвод текучей среды происходит в направлении обращенных к внутренней стороне корпуса поверхностей поршня, так что возникающая при вращении вала центробежная сила вызывает как подсос на впуске, так и давление в сливах у поверхности поршня и, тем самым, автоматическую (самопроизвольную) циркуляцию текучей среды через сливные отверстия к резервуару.

Впуск текучей среды осуществляется предпочтительно через калибровочное сопло, которое определяет ее объемное протекание. При этом указанное калибровочное сопло может быть расположено в самом впускном отверстии, за ним или перед ним. Кроме того, перед впуском может быть установлен обратный клапан, который препятствует обратному течению текучей среды из двигателя, например при возрастании давления вследствие испарения. Альтернативно, обратный клапан может быть расположен после впуска, соответственно впускного отверстия корпуса. Далее целесообразно осуществлять распределение во внутреннем двигателе через отверстия в качательно-вращательном валу, крестообразно пересекающиеся посередине. Впуск в качательно-вращательный вал может осуществляться либо через, по меньшей мере, одно осевое отверстие на конце вала, либо через, по меньшей мере, одно радиальное отверстие в опоре. При этом предпочтительно предусмотреть подшипники качения, в частности игольчатые подшипники, на качательно-вращательном валу на оси обращения и игольчатые венцы на внешней стороне поршней на стороне оси качания качающегося вала, поскольку для смазки подшипников требуются лишь небольшие количества текучей среды. Потребности в текучей среде для этих подшипников можно далее полностью избежать за счет герметизации и непрерывной смазки. Из качательно-вращательного вала можно через, по меньшей мере, одно радиальное отверстие смазывать подшипник на противоположной концу впуска части вала. Из части качающегося вала текучая среда через, по меньшей мере, одно радиальное отверстие и круговую канавку и/или аксиально проходящую смазочную канавку направляется в поршень, а посредством выполненных предпочтительно в виде игольчатых венцов аксиальных подшипников, воспринимающих центробежные силы поршней, - в полости, которые могут быть выполнены, например, с шарообразными, закрепленными на соответствующих поршнях полусферическими крышками (ниже «полусферические крышки»). В этих примыкающих к рабочим камерам, отделенных от них боковыми поверхностями поршней, полостях происходит нагрев текучей среды и, тем самым, теплопередача.

Далее внутренние поверхности рабочих камер снабжены идущими от этих полостей отверстиями или камерами, которые также заполняются текучей средой и поглощают тепло от внутренних поверхностей рабочих камер. У двигателей большой мощности эта теплопередача может приводить к испарению текучей среды и, тем самым, выводить очень большое количество тепла из поршней, которые имеют, по меньшей мере, одну отводящую линию к внутренней стороне направляющих элементов на внешней стороне поршней. За счет вращения свободных направляющих элементов или за счет потерь в зазорах у неподвижных роликовых направляющих происходит циркуляция текучей среды от впускного отверстия через внутренний двигатель, при которой подшипники вала и поршней, а также направляющие элементы и направляющие пазы непрерывно смазываются, и за счет циркуляции дальше к сливным отверстиям в направляющих пазах тепло непрерывно отводится к резервуару и через поверхности его наружного корпуса или, при необходимости, через радиатор для текучей среды. Для смазки уплотнительных колец и уплотнительных планок предпочтительно выполнить из полостей полусферических крышек или из полостей отверстий за внутренними поверхностями рабочих камер калиброванные соединительные отверстия (ниже «калиброванные отверстия») в удерживающих уплотнительные кольца или уплотнительные планки пазах. Этим, с одной стороны, улучшается герметизация этих уплотнительных элементов от рабочих камер или предкамер посредством заполнения удерживающих пазов текучей средой и гидравлического прижимного давления, а, с другой стороны, за счет потерь в зазорах обеспечивается смазка между уплотнительным элементом и шарообразным внутренним корпусом.

В качестве текучей среды обычно рассматриваются моторные масла, как в двигателях с поступательно движущимися поршнями. Можно также использовать для этой цели, в частности в дизельных двигателях, дизельное топливо или, например, в простых двигателях небольшой мощности осуществлять смазку за счет смешивания масла с бензином. При этом такие текучие среды вместо моторного масла в описанном контуре направляются через внутренний двигатель, а затем к топливному баку и к системе впрыска или, соответственно, к карбюратору.

Далее согласно изобретению можно также, например в дизельных двигателях, использовать для жидкостного охлаждения корпуса двигателя вместо смеси охлаждающей жидкости, например вода+антифриз, дизельное топливо, которое направляется из топливного бака в рубашку охлаждения корпуса, а затем через обтекаемый воздухом радиатор снова охлаждается и возвращается в бак. Следовательно, при таком выполнении системы с текучей средой для смазки, охлаждения и топливоснабжения требуется только один резервуар, отбор жидкости из которого для топливоснабжения целесообразно осуществляется выше достаточного для охлаждения и смазки резервного уровня, так что двигатель надежно смазывается и охлаждается, пока топлива для этого хватает.

Ниже изобретение подробно поясняется с помощью приложенных чертежей, на которых изображено:

- фиг.1: общий вид сбоку двигателя с качающимися поршнями с двумя расположенными на качательно-вращательном валу поршнями и системой с текучей средой;

- фиг.2: разрез двигателя из фиг.1 в направлении оси обращения;

- фиг.3: разрез двигателя из фиг.1 в направлении оси качания, причем внутри двигателя поршни показаны в разрезе вдоль оси качания;

- фиг.4: схематично-перспективный вид всей системы двигателя с качающимися поршнями, которая включает в себя другой вариант соответствующий изобретению системы с текучей средой в комбинации с системой впрыска и системой охлаждения, питаемых предпочтительно дизельным топливом из одного и того же топливного бака, причем система впрыска, подводящая линия для текучей среды и система охлаждения снабжены собственными насосами, а возвратные линии систем смазки и охлаждения снабжены собственными радиаторами.

На фиг.1-3 изображен двигатель 100 с качающимися поршнями, снабженный системой 60 с текучей средой.

Двигатель 100 включает в себя, в том числе, шарообразный корпус 19, качательно-вращательный вал 25, установленный в стенке корпуса своими концами с возможностью вращения вокруг расположенной по центру корпуса оси 23 обращения, и два закрепленных на валу 25 качающихся поршня 4. Каждый поршень 4 имеет два диаметрально противоположных по отношению к оси 23 обращения плеча 4.1, 4.2 и закреплен на валу 25 с возможностью качания вокруг перпендикулярной оси 23 обращения оси 24 качания таким образом, что качающиеся поршни 4 при вращении вала 25 вокруг оси 23 сообща обращаются вокруг нее и дополнительно при обращении совершают встречные возвратно-поступательные качательные движения вокруг оси 24 качания. Чтобы контролировать соответствующее положение поршней 4 относительно оси 23 обращения и оси 24 качания, по меньшей мере, на двух поршнях 4 размещены направляющие элементы 5, которые входят, по меньшей мере, в один выполненный в корпусе 19 направляющий паз 17, служащий для управления качательными движениями.

В данном случае направляющие элементы 5 представляют собой свободные шарообразные тела вращения, каждое из которых установлено со стороны поршней в выполненном в соответствующем поршне 4 удерживающем гнезде 39, соответствующем форме тела 5 вращения. В качестве альтернативы направляющие элементы 5 могут быть реализованы также в виде радиальных роликов, причем ролики могут удерживаться в выполненной в соответствующем поршне 4 части подшипника качения или скольжения. Такое расположение направляющих элементов в виде тел вращения или роликов раскрыто, например, также соответственно в WO 2005/098202 и WO 03/067033.

Промежуток между (соседними) плечами 4.1 обоих поршней 4 и внутренней стороной 2 корпуса 19 образует рабочую камеру 4.1', а (противоположный относительно качательно-вращательного вала 25) промежуток между (соседними) плечами 4.2 обоих поршней 4 и внутренней стороной 2 корпуса 19 - рабочую камеру 4.2'. Объем каждой камеры 4.1', 4.2' зависит от положения поршней 4 в соответствующий момент времени и при вращении вала 25 и соответственно обращении поршней 4 вокруг оси 23 обращения периодически колеблется между минимальным и максимальным значениями.

Чтобы эксплуатировать двигатель 100 с качающимися поршнями в качестве ДВС, топливо через проведенный сквозь корпус 19 клапан 20 впрыска (в зависимости от положения поршней 4) может выборочно впрыскиваться в рабочую камеру 4.1' или 4.2', а затем воспламеняться в соответствующей рабочей камере, причем сгорание топлива вызывает качательное движение поршней 4 во встречных направлениях вокруг оси 24 качания и соответственно обращение поршней 4 и качательно-вращательного вала 25 вокруг оси 23 обращения.

Для герметизации рабочих камер 4.1', 4.2' между каждым поршнем 4 и внутренней стороной 2 корпуса 19 и соответственно валом 25 предусмотрены уплотнительные элементы 6, которые удерживаются в соответствующих, выполненных в поршнях 4 удерживающих пазах 7.

Двигатель 100 с качающимися поршнями может эксплуатироваться в качестве дизельного двигателя, т.е. двигателя с воспламенением от сжатия (фиг.1-3). В качестве альтернативы двигатель 100 с качающимися поршнями может быть снабжен также свечой зажигания (не показана) для воспламенения впрыснутого в одну из рабочих камер 4.1', 4.2' топлива, чтобы эксплуатировать двигатель 100 в качестве двигателя с принудительным зажиганием.

Система 60 с текучей средой включает в себя резервуар 15 (в данном случае прифланцованный к корпусу 19), для текучей среды, выполненную внутри двигателя 100, заполняемую текучей средой и проходимую для нее систему каналов (более подробно описана ниже), линию 61 для подачи текучей среды из резервуара 15 в названную систему каналов и возвратную линию для текучей среды из названной системы каналов в резервуар 15 через выполненные в корпусе 19 сливные отверстия 16, чтобы реализовать замкнутый контур для текучей среды.

Протекание текучей среды через внутреннее пространство двигателя 100 с качающимися поршнями по названной системе каналов происходит следующим образом.

Как показано на фиг.1, в линию 61 встроены калибровочное сопло 9 для регулирования протекания текучей среды и обратный клапан 37 для предотвращения обратного течения в резервуар 15, причем стрелка на линии 61 обозначает направление течения текучей среды. Линия 61 оканчивается во впускном отверстии 1 для текучей среды в стенке корпуса 19. Впускное отверстие 1 открыто к концу 27 вала 25 и обеспечивает впуск текучей среды из линии 61 в соответствующие открытые на обоих концах отверстия (каналы) 26 вала 25, которые проходят через него вдоль оси 23 обращения (фиг.2) и вдоль оси 24 качания (фиг.3) и пересекаются посередине своей продольной протяженности. Таким образом, возможно течение текучей среды в валу 25 вдоль оси 23 обращения и вдоль оси 24 качания.

Из отверстий 26 в валу 25 течение текучей среды в направлении обращенных к внутренней стороне 2 корпуса 19 поверхностей 3 поршней 4 возможно различными путями.

На одной стороне соответствующего поршня 4 посредством закрепленной на соответствующем поршне полусферической крышки 29 образована полость 28 в форме шарового сегмента, которая через проем на одном конце отверстия 26 или в случае его закрытых концов через проем на качательной части вала 25 заполняется текучей средой через осевой подшипник 50. Следует указать на то, что обе изображенные на фиг.3 полости 28, расположенные на противоположных концах вала 25, выполнены в разных поршнях 4 и поэтому во время качательных движений обоих поршней 4 совершают встречные друг относительно друга вращательные движения вокруг оси 24 качания.

Каждый поршень 4 имеет в плечах 4.1, 4.2 вблизи внутренних сторон 14 рабочих камер несколько отверстий (каналов) 30, заполняемых соответственно из одной из полостей 28 текучей средой. От отверстий 30 к удерживающим пазам 7 для уплотнительных элементов 6 и к сливам 31 под соответствующими направляющими элементами 5 ведут различные калиброванные отверстия 10.

Текучая среда может вытекать из соответствующего поршня 4 к внутренней стороне 2 корпуса 19 из удерживающих пазов 7 (через зазоры между одним из уплотнительных элементов 6 и соответствующим пазом 7) и из сливов 31 (через зазоры соответственно между одним из направляющих элементов 5 и соответствующим удерживающим гнездом 39) и проникать, например, к направляющим пазам 17. При этом, в случае свободных тел вращения текучая среда направляется к обращенной от направляющего паза (17) стороне соответствующего тела вращения и в результате этого оно смазывается в выполненном на поршне (4) полусферическом удерживающем гнезде (39) и за счет давления текучей среды удерживается без зазора в направляющем пазу (17). В случае радиальных роликов они смазываются в выполненной на поршне (4) части подшипника качения или скольжения. В обоих этих случаях опора направляющих элементов (5) в направляющем пазу (17) в корпусе также нагружается текучей средой. Вдоль каждого направляющего паза 17 выполнена сточная канавка 51, по которой текучая среда может стекать мимо соответствующих направляющих элементов 5 к упомянутым сливным отверстиям 16, а оттуда - в резервуар 15.

На фиг.2 двигатель 100 с качающимися поршнями имеет на внешней стороне корпуса 19 полости 18 для охлаждающей текучей среды, причем она может проникать в полости 18 через впускное отверстие 34 (фиг.3, 4) и вытекать из их через выходное отверстие 35 (фиг.1, 3).

На фиг.4 двигатель 100 с качающимися поршнями, уже описанный в связи с фиг.1-3, изображен в сочетании с другой, выполненной, согласно изобретению системой 70 с текучей средой. В данном случае система 70 комбинирована с системой впрыска топлива и с системой охлаждения, причем система 70 служит для подачи текучей среды по (соединительной) линии 32 во впускное отверстие 1, система охлаждения - для подачи (охлаждающей) текучей среды по (соединительной) линии 42 во впускное отверстие 34, а система впрыска - для подачи топлива по (соединительной) линии 52 в клапан 20 впрыска. Линии 32, 42, 52 соединены с резервуаром 11 для топлива, который питает текучей средой, в частности дизельным топливом, систему 70 с текучей средой, систему охлаждения и систему впрыска.

Система 70 с текучей средой включает в себя также (соединительную) линию 33 между резервуаром 15 и резервуаром 11, чтобы обеспечить обратное течение подаваемой через впускное отверстие 1 для текучей среды в резервуар 11. Соединительная линия 43 между выходным отверстием 35 (на фиг.4 не показано) для охлаждающей текучей среды и резервуаром 11 соответственно обеспечивает обратное течение подаваемой во впускное отверстие 34 текучей среды в резервуар 11. Линии 32, 42, 52 снабжены собственными насосами 8, 36, 38 соответственно. Линии 33, 43 снабжены собственными радиаторами 21 и соответственно 22 для текущей обратно к резервуару 11 текучей среды. Стрелки на линиях 32, 33, 42, 43, 52 на фиг.4 обозначают направление течения текучей среды.

За счет соответствующих изобретению расположения и выполнения впускного отверстия 1 посередине или вблизи одной стороны оси 23 обращения, заполнения отверстий 26 в валу 25 на одном его конце 27 и пропускания к обращенным к внутренней стороне 2 корпуса 19 поверхностям 3 поршней 4 текучая среда во время протекания через вращающиеся качающиеся поршни 4 изнутри наружу подвергается при работе двигателя с качающимися поршнями воздействию возрастающей центробежной силы, которая возрастает в квадрате к частоте вращения. В результате возникает разность давлений, которая выражается в виде подсоса на впускном отверстии 1 и в виде давления под направляющими элементами 5 и уплотнительными элементами 6 в их удерживающих пазах 7. Поэтому в случае выполненного согласно изобретению питания двигателя с качающимися поршнями текучей средой требуется лишь небольшое давление подачи или даже его вообще не требуется. Достаточно при небольшой высоте всасывания без давления подачи (без насоса) или в случае большого сопротивления всасыванию за счет высоты и обратного клапана 37 или фильтра подавать смазочную текучую среду к впускному отверстию 1 под давлением около 0,2 бар (20 кПа) с помощью простого мембранного насоса 8, приводимого в действие, например, колебаниями давления в корпусе 19, чтобы достичь надежного функционирования контура текучей среды.

Скорость протекания текучей среды определяется предварительным давлением текучей среды на впускном отверстии 1, регулируемым или сменным калибровочным соплом 9, вязкостью текучей среды, внутренним диаметром корпуса 19, частотой вращения двигателя 100 и поперечным сечением калиброванных отверстий 10 относительно уплотнительных 6 и направляющих 5 элементов. Точное согласование этих регулирующих элементов позволяет реализовать очень простые смазочные системы и снизить до минимума потребление текучей среды.

Слив текучей среды в резервуар 15 происходит, главным образом, по выполненным на направляющих пазах 17 сточным канавкам 51 к сливным отверстиям 16. В соответствующих изобретению двигателях отпадает необходимость в сложных системах высокого давления, как, например, для опирающихся на подшипники скольжения коленчатых валов двигателей с поступательно движущимися поршнями.

В качестве текучей среды рассматривается обычное моторное масло. В дизельных двигателях для смазки может использоваться также дизельное топливо, а система с текучей средой может быть присоединена, как, например, на фиг.4, к резервуару 11. В этом случае для пожарной безопасности линии 32, 33 следует отделить мелкоячеистыми ситами 12 во избежание пробоя.

В простых ДВС малой мощности с принудительным зажиганием возможна также раздельная смазка или смазка с потерей смазочного материала, как в двухтактных двигателях. При этом, например, самосмешивающееся масло всасывается из питающего резервуара 15 калибровочным соплом 9, которое точно согласовано для дозирования соотношения компонентов смеси, а приток автоматически регулируется в зависимости от нагрузки за счет частоты вращения двигателя посредством зависимой от нее центробежной силы, или предварительно смешанное топливо из резервуара 11 используется в качестве текучей среды, а затем в качестве топлива расходуется через систему впрыска или карбюратор. В варианте с дозируемым самосмешивающимся маслом за счет потерь текучей среды в зазорах при расположении уплотнительных элементов 6 на внутренних сторонах 14 предкамер 13 или, соответственно, рабочих камер происходит смешивание с подаваемым топливной системой бензином и достигается смазка с потерей смазочного материала, как в двухтактных двигателях для смазывания уплотнительных элементов 6, тогда как подшипники 46 вала, осевые подшипники 50 и направляющие элементы 5 питаются за счет циркуляции текучей среды через сливные отверстия 16 в направляющих пазах 17. Смазка с помощью топливной смеси для двухтактных двигателей из бензина и 1-5% самосмешивающегося масла за счет предварительного смешивания в резервуаре 11 и/или примешивания в линии 32 или в случае подходящих пар материалов уплотнительных элементов 6 с поверхностями корпуса (19) на внутренней стороне 2 и герметизированными подшипниками смазка чистым бензином также возможна, причем обеспечивается обратное течение топлива из сливных отверстий 16 к системе впрыска или соответственно к карбюратору.

Кроме того, система с текучей средой может быть привлечена также для внешнего охлаждения двигателя с качающимися поршнями за счет того, что охлаждающие полости 18 вне шарообразного корпуса 19 заполняются текучей средой через впускное отверстие 34, а через выходное отверстие 35 с промежуточно включенным главным радиатором 22 или без него происходит возврат через линию 43 в резервуар 11. Для этого особенно подходит дизельный двигатель, поскольку дизельное топливо подходит как в качестве смазочной текучей среды для смазки во внутреннем двигателе, так и в качестве охлаждающей текучей среды для внешнего охлаждения двигателя, тем более что дизельное топливо отличается подходящими для этих применений свойствами, в частности смазывающей способностью, вязкостью и точкой кипения. В этом случае из резервуара 11 через частично общие или отдельные подводящие линии, если этого требуют необходимые объемы подачи и соотношения давления, с помощью общих или собственных насосов 8, 36, 38 питаются как клапан 20 впрыска топлива, так и система с текучей средой, через впускное отверстие 1, а также система внешнего охлаждения через впускное отверстие 34 для охлаждающей текучей среды. Обратное течение текучей среды в резервуар 11 происходит через непосредственное соединение или через радиатор 21 текучей среды, тогда как обратное течение используемого для внешнего охлаждения топлива требует в большинстве случаев промежуточно включенного главного радиатора 22. Также здесь для пожарной безопасности в подходящих местах между стороной двигателя и топливным баком следует предусмотреть мелкоячеистые сита 12.

Применение этой комбинированной топливно-смазочной системы охлаждения возможно также в бензиновых ДВС. Правда, как для смазки двигателя, так и для внешнего охлаждения необходимо работать с избыточным давлением, с тем чтобы точка кипения бензина поднялась в нужный температурный диапазон охлаждающей текучей среды. Однако это значительно повышает требования к подводящим линиям, насосам, управлению соотношением давления, радиаторам и возвратным линиям. К тому же из-за уменьшенной смазывающей способности бензина должны использоваться герметичные подшипники 46, 50 вала 25 с автоматической смазкой.

Изобретение относится к системе с текучей средой для двигателя с качающимися поршнями. Двигатель (100) содержит, по меньшей мере, два расположенных в корпусе (19) качающихся поршня (4) и качательно-вращательный вал (25). Вал (25) установлен с возможностью вращения вокруг оси (23) обращения. Поршни (4) закреплены на валу (25) с возможностью качания вокруг перпендикулярной оси (23) обращения оси качания. Каждый поршень (4) имеет, по меньшей мере, один заполняемый текучей средой канал. Канал включает в себя, по меньшей мере, одну выполненную в поршне или на поршне полость и/или, по меньшей мере, одно отверстие (30). Вал (25) имеет отверстия (26) вдоль оси (23) обращения и вдоль оси качания. Система с текучей средой включает резервуар (15) и соединенную с резервуаром (15) линию для впуска текучей среды из резервуара (15) во впускное отверстие (1) в стенке корпуса (19). Отверстие (1) открыто к, по меньшей мере, одному концу (27) вала (25). Через отверстия (26) в валу (25), по меньшей мере, одна полость поршня и/или отверстие (30) выполнены с возможностью заполнения. Слив текучей среды из полости поршня и/или, по меньшей мере, одного отверстия (30) происходит в направлении обращенных к внутренней стороне (2) корпуса (19) поверхностей (3) поршней. Возникающая при вращении вала (25) центробежная сила вызывает подсос на впускном отверстии (1) и давление в сливах у поверхности (3) поршня и, тем самым, автоматическую циркуляцию текучей среды через сливные отверстия (16) к резервуару (15). Изобретение направлено на упрощение конструкции, уменьшение трения и расхода текучей среды. 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двигатель (100) с качающимися поршнями, содержащий, по меньшей мере, два расположенных в шарообразном корпусе (19) двуплечих качающихся поршня (4) и качательно-вращательный вал (25), установленный с возможностью вращения вокруг расположенной по центру корпуса оси (23) обращения, причем качающиеся поршни (4) закреплены на качательно-вращательном валу (25) с возможностью качания вокруг перпендикулярной оси (23) обращения оси (24) качания таким образом, что они при вращении качательно-вращательного вала (25) вокруг оси (23) обращения сообща обращаются вокруг нее, а при обращении осуществляют встречные возвратно-поступательные качательные движения вокруг оси (24) качания, причем размещенные, по меньшей мере, на двух поршнях направляющие элементы (5) входят, по меньшей мере, в один выполненный в корпусе (19) направляющий паз (17), служащий для управления качательными движениями, причем двигатель с качающимися поршнями имеет систему (60, 70) с текучей средой для питания текучей средой, причем каждый поршень (4) имеет, по меньшей мере, один заполняемый текучей средой канал, отличающийся тем, что
канал соответствующего поршня (4) включает в себя, по меньшей мере, одну выполненную в поршне или на поршне полость (28) и/или, по меньшей мере, одно отверстие (30), качательно-вращательный вал (25) имеет отверстия (26), которые проходят в качательно-вращательном валу (25) вдоль оси (23) обращения и вдоль оси (24) качания, и
система (60, 70) с текучей средой включает в себя резервуар (11, 15) для текучей среды, впускное отверстие (1) для текучей среды в стенке корпуса (19) и соединенную с резервуаром (11, 15) линию (61, 32) для впуска текучей среды из резервуара (11, 15) во впускное отверстие (1),
причем впускное отверстие (1) открыто к, по меньшей мере, одному концу (27) качательно-вращательного вала (25), так что впуск текучей среды из резервуара (11, 15) происходит через впускное отверстие (1), по меньшей мере, на одном конце (27) качательно-вращательного вала (25), а через отверстия (26) в этом качательно-вращательном валу упомянутая, по меньшей мере, одна полость (28) в или на соответствующем поршне (4) и/или упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие (30) в соответствующем поршне (4) выполнены с возможностью заполнения, причем слив текучей среды из соответствующей полости (28) и/или по меньшей мере одного отверстия (30) в соответствующем поршне (4) происходит в направлении обращенных к внутренней стороне (2) корпуса (19) поверхностей (3) поршней, так что возникающая при вращении качательно-вращательного вала (25) центробежная сила вызывает подсос на впускном отверстии (1) и давление в сливах у поверхности (3) поршня и, тем самым, автоматическую циркуляцию текучей среды через сливные отверстия (16) к резервуару (11, 15).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что во впускном отверстии (1) перед ним или за ним установлено калибровочное сопло (9) для воздействия на расход текучей среды.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что калиброванные отверстия (10) ведут от полостей (28) или отверстий (30) к удерживающим пазам (7) для расположенных между соответствующим поршнем (4) и внутренней стороной (2) корпуса (19) уплотнительных элементов (6), причем текучая среда вытекает через калиброванные отверстия (10), заполняет удерживающие пазы (7), повышает, тем самым, давление прижима и эффективность уплотнительных элементов (6) и за счет потерь в зазорах может вызывать смазку этих уплотнительных элементов (6) на внутренней стороне (2) корпуса (19).

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания с бензином в качестве топлива, причем текучая среда представляет собой масло, которое является самосмешивающимся с бензином, причем за счет согласования калибровочного сопла (9) и зависимой от частоты вращения двигателя с качающимися поршнями центробежной силы автоматически возникает зависимая от нагрузки топливно-масляная смесь за счет потерь масла в зазорах из уплотнительных элементов (6) для их смазывания с потерей смазывающего материала на внутренней стороне (2) корпуса (19).

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что часть текучей среды, протекающая через направляющие пазы (17) и сливные отверстия (16), используется заодно для питания системы впрыска или карбюратора.

6. Двигатель по одному из пп.1, 2, 4 или 5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, из одного отверстия (30) в поршнях (4) текучая среда отводится в направлении внутренней стороны (2) корпуса (19) через калиброванное отверстие (10) и направляется к сливам (31) под направляющими элементами (5), причем в случае свободных тел вращения текучая среда направляется к обращенной от направляющего паза (17) стороне соответствующего тела вращения и в результате этого оно смазывается в выполненном на поршне (4) полусферическом удерживающем гнезде (39) и за счет давления текучей среды удерживается без зазора в направляющем пазу (17), а в случае радиальных роликов они смазываются в выполненной на поршне (4) части подшипника качения или скольжения и в обоих случаях опора направляющих элементов (5) в направляющем пазу (17) в корпусе также нагружается текучей средой.

7. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, из одного отверстия (30) в поршнях (4) текучая среда отводится в направлении внутренней стороны (2) корпуса (19) через калиброванное отверстие (10) и направляется к сливам (31) под направляющими элементами (5), причем в случае свободных тел вращения текучая среда направляется к обращенной от направляющего паза (17) стороне соответствующего тела вращения и в результате этого оно смазывается в выполненном на поршне (4) полусферическом удерживающем гнезде (39) и за счет давления текучей среды удерживается без зазора в направляющем пазу (17), а в случае радиальных роликов они смазываются в выполненной на поршне (4) части подшипника качения или скольжения и в обоих случаях опора направляющих элементов (5) в направляющем пазу (17) в корпусе также нагружается текучей средой.

8. Двигатель по одному из пп.1, 2, 4, 5 или 7, отличающийся тем, что перед впускным отверстием (1) или за ним установлен обратный клапан (37), который препятствует обратному течению текучей среды из корпуса (19), в частности, при испарительном охлаждении.

9. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что перед впускным отверстием (1) или за ним установлен обратный клапан (37), который препятствует обратному течению текучей среды из корпуса (19), в частности, при испарительном охлаждении.

10. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что перед впускным отверстием (1) или за ним установлен обратный клапан (37), который препятствует обратному течению текучей среды из корпуса (19), в частности, при испарительном охлаждении.

11. Двигатель по одному из пп.1, 2, 7 или 9, отличающийся тем, что резервуар (11) представляет собой резервуар для топлива, в частности дизельного топлива, а топливо используется в качестве текучей среды, причем предусмотрена соединенная с резервуаром (11) линия (33) для транспортировки текучей среды от сливных отверстий (16) в резервуар (11).

12. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что резервуар (11) представляет собой резервуар для топлива, в частности дизельного топлива, а топливо используется в качестве текучей среды, причем предусмотрена соединенная с резервуаром (11) линия (33) для транспортировки текучей среды от сливных отверстий (16) в резервуар (11).

13. Двигатель по одному из пп.1, 2, 4, 5, 7, 9 или 10, отличающийся тем, что резервуар (11) представляет собой резервуар для топлива, предпочтительно дизельного топлива, а топливо используется в качестве текучей среды, причем охлаждение двигателя с качающимися поршнями происходит за счет топливного контура с текучей средой из резервуара (11) посредством насоса (36) для охлаждающей текучей среды к впускному отверстию (34) для охлаждающей текучей среды и через внешние охлаждающие полости (18) к выходному отверстию (35) для охлаждающей текучей среды обратно в резервуар (11).

14. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что резервуар (11) представляет собой резервуар для топлива, предпочтительно дизельного топлива, а топливо используется в качестве текучей среды, причем охлаждение двигателя с качающимися поршнями происходит за счет топливного контура с текучей средой из резервуара (11) посредством насоса (36) для охлаждающей текучей среды к впускному отверстию (34) для охлаждающей текучей среды и через внешние охлаждающие полости (18) к выходному отверстию (35) для охлаждающей текучей среды обратно в резервуар (11).

15. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что резервуар (11) представляет собой резервуар для топлива, предпочтительно дизельного топлива, а топливо используется в качестве текучей среды, причем охлаждение двигателя с качающимися поршнями происходит за счет топливного контура с текучей средой из резервуара (11) посредством насоса (36) для охлаждающей текучей среды к впускному отверстию (34) для охлаждающей текучей среды и через внешние охлаждающие полости (18) к выходному отверстию (35) для охлаждающей текучей среды обратно в резервуар (11).

16. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что резервуар (11) представляет собой резервуар для топлива, предпочтительно дизельного топлива, а топливо используется в качестве текучей среды, причем охлаждение двигателя с качающимися поршнями происходит за счет топливного контура с текучей средой из резервуара (11) посредством насоса (36) для охлаждающей текучей среды к впускному отверстию (34) для охлаждающей текучей среды и через внешние охлаждающие полости (18) к выходному отверстию (35) для охлаждающей текучей среды обратно в резервуар (11).

17. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что охлаждение двигателя с качающимися поршнями происходит за счет топливного контура с текучей средой из резервуара (11) посредством насоса (36) для охлаждающей среды к впускному отверстию (34) для охлаждающей текучей среды и через внешние охлаждающие полости (18) к выходному отверстию (35) для охлаждающей текучей среды обратно в резервуар (11).

18. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что двигатель (100) с качающимися поршнями включает в себя клапан (20) впрыска для впрыска топлива и соединенную с резервуаром (11) линию (52) для подачи топлива в клапан (20) впрыска, причем отбор топлива для работы двигателя осуществляется из резервуара (11) выше резервного уровня текучей среды, который является достаточным для смазывания и охлаждения двигателя (100) с качающимися поршнями.

19. Двигатель по одному из пп.12, 14-17, отличающийся тем, что двигатель (100) с качающимися поршнями включает в себя клапан (20) впрыска для впрыска топлива и соединенную с резервуаром (11) линию (52) для ввода топлива в клапан (20) впрыска, причем отбор топлива для работы двигателя осуществляется из резервуара (11) выше резервного уровня текучей среды, который является достаточным для смазывания и охлаждения двигателя (100) с качающимися поршнями.

20. Двигатель по п.13, отличающийся тем, что двигатель (100) с качающимися поршнями включает в себя клапан (20) впрыска для впрыска топлива и соединенную с резервуаром (11) линию (52) для ввода топлива в клапан (20) впрыска, причем отбор топлива для работы двигателя осуществляется из резервуара (11) выше резервного уровня текучей среды, который является достаточным для смазывания и охлаждения двигателя (100) с качающимися поршнями.

21. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что соответствующее обратное течение текучей среды к резервуару (11) происходит через радиатор (21, 22) для текучей среды.

22. Двигатель по одному из пп.12, 14-18 или 20, отличающийся тем, что соответствующее обратное течение текучей среды к резервуару (11) происходит через радиатор (21, 22) для текучей среды.

23. Двигатель по п.13, отличающийся тем, что соответствующее обратное течение текучей среды к резервуару (11) происходит через радиатор (21, 22) для текучей среды.

24. Двигатель по п.19, отличающийся тем, что соответствующее обратное течение текучей среды к резервуару (11) происходит через радиатор (21, 22) для текучей среды.