Двигатель внутреннего сгорания и способ его работы Российский патент 2017 года по МПК F02B55/02 F01C1/44 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может применяться на различном виде транспорта, машинах и оборудовании.

Известен роторный двигатель (патент US 3976037 A, F02B 53/00, 1976), содержащий кольцевой статор и внешний вращающийся ротор, а также внутренний вращающийся в противоположном направлении полый вал. Камеры сжатия и расширения определяются на границах между статором и ротором и валом соответственно. Треугольные клапаны предусмотрены в противоположно разнесенных отверстиях в статоре таким образом, чтобы выборочно размещать камеры сжатия и расширения в связи друг с другом. Каждый клапан установлен с возможностью поворота на одной из вершин и имеет внутренние и наружные поверхности, герметизирующие примыкающие два других ее уплотняющих апекса соответственно. Наружная поверхность уплотнения входит в зацепление с ротором и образует камеру расширения, в то время как внутренняя уплотняющая поверхность входит в зацепление с полым валом, где образуется камера сжатия. Треугольные клапаны самостоятельно работают в ответ на вращение ротора и вала, которые приводятся в движение в противоположных направлениях через планетарную систему зубчатых передач.

Недостатком указанного роторного двигателя является сложная конструкция самого двигателя, ротора и вала, которые приводятся во вращательное движение в противоположных направлениях с использованием планетарного редуктора с зубчатыми передачами. Основным недостатком являются протяженные по периметру ротора камеры сжатия и сгорания. В протяженных камерах сгорания энергия давления сгораемых газов в конце такта сгорания недостаточна для обеспечения достаточного сжатия рабочей смеси в конце такта сжатия, что очень снижает КПД двигателя.

Задачей данного изобретения является упрощение конструкции, уменьшение массы и устранение вибрации двигателей внутреннего сгорания.

Указанная задача решается устройством двигателя внутреннего сгорания, в котором осуществляется способ преобразования возвратно-поворотного движения поршней во вращательное движение вала, в котором обеспечивается возможность сжигания топлива при повышенном давлении и воздействуют давлением сгораемой рабочей смеси на вращающийся в корпусе двигателя блок поршней, жестко соединенный с валом. Верхний конец вала выпущен вверх через отверстие в центре фланца, и нижний конец выпущен вниз через картер с отверстием в центре основания двигателя для получения крутящего момента. Шлицы фланца с установленными между ними поршнями помещают в блок поршней и фланец закрепляют к корпусу двигателя, и при этом поршни имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение только при вращении блока поршней. Поскольку поршни со шлицами от воздействия давления газов сгораемого топлива не вращаются, то вращательное движение совершает блок поршней с жестко соединенным с ним валом. У основания корпуса двигателя выполнен картер со смазывающим маслом, которое подается вращающимся блоком поршней через отверстия с лопатками в своем диске в полость между поршнями, шлицами и овальными дисками блока поршней, разбрызгивается, смазывает и стекает обратно в картер через отверстия для стока, расположенные тоже в диске блока поршней.

Согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа преобразования возвратно-поворотного движения поршней во вращательное движение вала характеризуется тем, что в цилиндрический корпус двигателя установлен блок поршней, в который установлены шлицы фланца с поршнями, корпус двигателя с блоком поршней закрыт фланцем и фланец закреплен к корпусу двигателя, блок поршней в корпусе двигателя имеет возможность совершать вращательное движение и жестко соединен с валом, нижний конец которого пропущен через отверстие в центре основания корпуса двигателя, а верхний конец пропущен через отверстие в центре фланца, в блок поршней между шлицами установлены четыре поршня, имеющие возможность совершать возвратно-поворотное движение на своих двух цилиндрических поверхностях с разными радиусами с одним центром, между такими же двумя цилиндрическими поверхностями шлицев с разными радиусами с одним центром, расположенными на одинаковом расстоянии от центра фланца и один от другого вперед с цилиндрической поверхностью с малым радиусом против вращения блока поршней и между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного овального цилиндра и наружной овальной цилиндрической поверхностью двух овальных дисков блока поршней, с которыми находятся в постоянном скользящем контакте своими двумя цилиндрическими поверхностями с одним центром, и при этом каждый из четырех поршней между своей передней овальной цилиндрической поверхностью и задней цилиндрической поверхностью предыдущего поршня, между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней и наружной поверхностью шлицев образуют четыре переменного объема камеры, в которых последовательно происходят процессы всасывания, сжатия, сгорания и выпуска отработанных газов, корпус двигателя выполнен цилиндрической формы с картером в основании для заливки смазывающего масла, на внутренней цилиндрической поверхности на уровне впускных и выпускных отверстий блока поршней по периметру выполнены два кольцевых канала с отверстиями, одно для впуска рабочей среды снаружи и второе для выпуска отработанных газов наружу, в центре основания выполнено отверстие, через которое выпускают нижний конец вала блока поршней, блок поршней выполнен из двух жестко соединенных между собой с закрывающим их снизу плоским диском, расположенных одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальных цилиндрических поверхностей, закрытых сверху своей плоской поверхностью и фланцем со шлицами, наружная поверхность блока поршней выполнена цилиндрической формы, которая плотно соприкасается и скользит по внутренней цилиндрической поверхности корпуса двигателя, на наружном цилиндре блока поршней выполнены два сквозных отверстия, расположенных на разных уровнях, одно верхнее отверстие для впуска рабочей среды снаружи через впускной канал и впускное отверстие корпуса и второе нижнее отверстие для выпуска отработанных газов наружу через выпускной кольцевой канал и выпускное отверстие корпуса, наружная овальная цилиндрическая поверхность внутреннего овального цилиндра блока поршней выполнена из жестко соединенных между собой цилиндром двух овальных цилиндрических поверхностей двух овальных дисков, расположенных на уровне боковых граней поршней, в диске блока поршней выполнены отверстия с лопаткой, наклоненной навстречу вращения для нагнетания масла из картера и разбрызгивания между поршнями, шлицами и овальными дисками, и выполнены канавки с отбойником и отверстиями для стекания масла в картер, верхний конец вала жестко соединен с овальными дисками блока поршней по центру вращения, нижний конец вала жестко соединен с диском блока поршней тоже по центру вращения, фланец, закрывающий корпус двигателя и блок поршней, выполнен жестко соединенным с четырьмя шлицами, между которыми установлены четыре поршня, в центре фланца выполнено отверстие для выхода верхнего конца вала блока поршней, на каждом шлице выполнено по одному отверстию для установки форсунки и выполнен канал к отверстию для подачи топлива в случае использования воздуха в качестве рабочей среды, а в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды на каждом шлице выполняют по одному отверстию для установки свечи зажигания и выполняют канал к отверстию для подачи электрического тока по проводу к свече, поршни, между шлицами, установлены по одному вперед с цилиндрической поверхностью с малым радиусом против хода вращения блока поршней, общий для всех шлицев наружный их диаметр и малая ось внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней выполнены равными и общий для всех шлицев внутренний диаметр и большая ось наружной овальной цилиндрической поверхности двух овальных дисков блока поршней также выполнены равными, на наружной поверхности шлицев выполнены предкамеры для прохождения сжатой рабочей среды из камеры сжатия в камеру сгорания и для места воспламенения рабочей смеси, на поршнях выполнены две цилиндрические поверхности с разными радиусами с одним центром, на которых они имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение между шлицами, кривизна передних наружных овальных поверхностей поршней выполнена совпадающей с кривизной овала внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней от его выпускного отверстия до его малой оси, две цилиндрические поверхности поршней выполнены с одним центром и одним диаметром, равным короткому расстоянию между овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней, с которыми поршни находятся в постоянном скользящем контакте, высоты поршней, шлицев фланца и овальных цилиндрических поверхностей блока поршней выполнены равными между собой.

Согласно изобретению способ преобразования возвратно-поворотного движения поршней во вращательное движение вала характеризуется тем, что в цилиндрический корпус двигателя установлен блок поршней, в который установлены шлицы фланца с поршнями, корпус двигателя с блоком поршней закрыт фланцем со шлицами и фланец закреплен к корпусу двигателя, блок поршней в корпусе двигателя имеет возможность совершать вращательное движение и жестко соединен с валом, нижний конец которого пропускают через отверстие в центре основания корпуса двигателя, а верхний конец пропускают через отверстие в центре фланца, в блок поршней между шлицами установлены четыре поршня, которые имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение на своих двух цилиндрических поверхностях с разными радиусами из одного центра, между такими же двумя цилиндрическими поверхностями шлицев с разными радиусами с одним центром, расположенными на одинаковом расстоянии от центра фланца и один от другого вперед с цилиндрической поверхностью с передним малым радиусом против вращения блока поршней и между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра и наружной овальной цилиндрической поверхностью двух овальных дисков блока поршней, с которыми находятся в постоянном скользящем контакте своими двумя цилиндрическими поверхностями из одного центра, и при этом каждый из четырех поршней между своей передней овальной цилиндрической поверхностью и задней цилиндрической поверхностью предыдущего поршня, между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней и наружной поверхностью шлицев фланца образуют четыре переменного объема камеры, в которых последовательно происходят процессы всасывания, сжатия, сгорания и выпуска отработанных газов, корпус двигателя выполнен цилиндрической формы с картером в основании для заливки смазывающего масла, на внутренней цилиндрической поверхности на уровне впускных и выпускных отверстий блока поршней по периметру выполнены два кольцевых канала с отверстиями, одно для впуска рабочей среды снаружи и второе для выпуска отработанных газов наружу, в центре основания выполнено отверстие, через которое выпущен нижний конец вала блока поршней, блок поршней выполнен из двух жестко соединенных между собой с закрывающим их снизу плоским диском, расположенных одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальных цилиндрических поверхностей, закрытых сверху своей плоской поверхностью и фланцем со шлицами, наружная поверхность блока поршней выполнена цилиндрической формы, которая плотно соприкасается и скользит по внутренней цилиндрической поверхности корпуса двигателя, на наружном цилиндре блока поршней выполнены два сквозных отверстия, расположенных на разных уровнях, одно верхнее отверстие с турбинной лопаткой нагнетает рабочую среду в камеру снаружи через впускное отверстие корпуса и впускной кольцевой канал и второе нижнее отверстие для выпуска отработанных газов наружу через выпускной кольцевой канал и выпускное отверстие корпуса, наружная поверхность внутреннего овального цилиндра блока поршней выполнена из жестко соединенных между собой цилиндром двух овальных цилиндрических поверхностей двух овальных дисков, расположенных на уровне боковых граней поршней, в диске блока поршней выполнены отверстия с лопаткой, наклоненной навстречу вращения для нагнетания масла из картера и разбрызгивания между поршнями, шлицами и овальными дисками, и выполнены канавки с отбойником и отверстиями для стекания масла в картер, верхний конец вала жестко соединен с овальными дисками блока поршней по центру вращения и нижний конец вала жестко соединен с диском блока поршней тоже по центру вращения, фланец, закрывающий корпус двигателя и блок поршней, выполнен жестко соединенным с четырьмя шлицами, между которыми установлены четыре поршня, в центре фланца выполнено отверстие для выхода верхнего конца вала блока поршней, на каждом шлице выполнены по одному отверстию для установки форсунки и выполнен канал к отверстию для подачи топлива в случае использования воздуха в качестве рабочей среды, а в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды на каждом шлице выполняют по одному отверстию для установки свечи зажигания и выполняют канал к отверстию для подачи электрического тока по проводу к свече, поршни между шлицами установлены по одному вперед с цилиндрической поверхностью с малым радиусом против хода вращения блока поршней, общий для всех шлицев наружный их диаметр и малая ось внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней выполнены равными и общий для всех шлицев внутренний их диаметр и большая ось наружной овальной цилиндрической поверхности двух овальных дисков блока поршней также выполнены равными, на наружной поверхности шлицев выполнены предкамеры для прохождения сжатой рабочей среды из камеры сжатия в камеру сгорания и для места воспламенения рабочей смеси, на поршнях выполнены две цилиндрические поверхности с разными радиусами с одним центром, на которых они имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение между такими же двумя цилиндрическими поверхностями шлицев, кривизна передних наружных овальных поверхностей поршней выполнена совпадающей с кривизной овала внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней от его выпускного отверстия до его малой оси, две цилиндрические поверхности поршней выполнены с одним центром и одним диаметром, равным короткому расстоянию между овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней, с которыми поршни находятся в постоянном скользящем контакте, высоты поршней, шлицев фланца и овальных цилиндрических поверхностей блока поршней выполнены равными между собой, при вращении блока поршней поршни имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение между шлицами и, находясь в постоянном скользящем контакте с внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней и наружной овальной цилиндрической поверхностью двух овальных дисков блока поршней, образуют между собой, наружной поверхностью шлицев и внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней четыре переменного объема камеры, при повороте блока поршней на 90 градусов и прохождении его впускного отверстия от одного поршня до другого в образовавшуюся и увеличивающуюся в объеме камеру впуска через впускное отверстие блока поршней турбинной лопаткой нагнетают рабочую среду из впускного кольцевого канала и впускного отверстия корпуса, при дальнейшем повороте блока поршней на следующие 90 градусов в этой же, но уже в уменьшающейся в объеме камере сжатия происходит сжатие рабочей среды до объема предкамеры, в начале поворота блока поршней на следующие 90 градусов в этой же, но в увеличивающейся в объеме камере сгорания в сжатый воздух, в случае использования воздуха в качестве рабочей среды, подают через форсунку топливо и полученная рабочая смесь в среде повышенного давления воспламеняется и сгорает с образованием еще большего давления сгораемых газов, а в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды сжатая рабочая смесь сгорает от искры свечи зажигания с образованием давления сгораемых газов, поскольку фланец со шлицами закрепляют к корпусу двигателя и поршни не вращаются, а совершают только возвратно-поворотное движение, то вращательное движение от действия давления сгораемых газов совершает блок поршней и далее блок поршней совершает вращательное движение самостоятельно и при повороте блока поршней на следующие оставшиеся 90 градусов эта же камера превращается в уменьшающуюся в объеме камеру выпуска отработанных газов наружу через выпускное отверстие блока поршней, выпускной кольцевой канал и выпускное отверстие корпуса двигателя, во всех остальных камерах происходят все те же четыре такта рабочего процесса и в той же последовательности за один оборот блока поршней с отставанием на 90 градусов одного такта от другого, четыре такта всасывания, четыре такта сжатия, четыре такта сгорания рабочей смеси и четыре такта выпуска отработанных газов, которые приводят во вращательное движение блок поршней и жестко соединенный с ним вал.

Предлагаемый двигатель может быть выполнен по схеме бензинового с воспламенением топлива от свечи зажигания или по схеме непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания с воспламенением от сжатого воздуха (схема дизеля), в этом случае вместо свечи устанавливается форсунка для впрыска топлива.

Устройство и работа двигателя внутреннего сгорания, в котором осуществляется способ преобразования возвратно-поворотного движения поршней во вращательное движение вала, поясняются на чертежах фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

Корпус двигателя 1 выполнен цилиндрической формы с картером 2 в основании 3 для заливки смазывающего масла. На внутренней цилиндрической поверхности 4 на уровне впускных 5 и выпускных 6 отверстий блока поршней по периметру выполнены два кольцевых канала 7 и 8 для впуска и выпуска с отверстиями 9 и 10, одно отверстие 9 для впуска рабочей среды снаружи и второе отверстие 10 для выпуска отработанных газов наружу. В центре основания выполнено отверстие 11, через которое выпущен нижний конец вала блока поршней.

Блок поршней 12 выполнен из двух жестко соединенных между собой с закрывающим их снизу диском 13, расположенных одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальных цилиндрических поверхностей 14 и 15, закрытых сверху своей плоской поверхностью 16 и фланцем 17 со шлицами 18. Наружная цилиндрическая поверхность 21 блока поршней плотно соприкасается и скользит по внутренней цилиндрической поверхности 4 корпуса двигателя 1. На наружном цилиндре 19 блока поршней выполнено два сквозных отверстия 5 и 6, расположенных на разных уровнях, одно верхнее отверстие 5 с турбинной лопаткой 23 для нагнетания рабочей среды (воздуха или рабочей смеси) в камеру снаружи через кольцевой канал 7 корпуса и второе нижнее отверстие 6 для выпуска отработанных газов наружу через кольцевой канал 8 корпуса. Наружная овальная цилиндрическая поверхность 15 внутреннего овального цилиндра 20 выполнена из жестко соединенных между собой цилиндром 24 двух овальных цилиндрических поверхностей 25 и 26 двух овальных дисков 27 и 28, расположенных на уровне торцевых граней 29 и 30 поршней 31. В диске 13 блока поршней выполнены отверстия 32 с лопаткой 33, наклоненной навстречу его вращения для нагнетания масла из картера 2 и разбрызгивания между поршнями 31, шлицами фланца 18 и овальными дисками 27 и 28, и выполнены канавки 34 с отбойником 35 и отверстиями 36 для стекания масла в картер. Верхний конец вала 37 жестко соединен с овальными дисками 27 и 28 блока поршней по центру вращения, нижний конец вала жестко соединен с диском 13 блока поршней тоже по центру вращения и составляют единый вал 37. Фланец 17, закрывающий корпус двигателя и блок поршней, выполнен жестко соединенным с четырьмя шлицами 18, между которыми установлены поршни 31, которые могут совершать возвратно-поворотное движение между их цилиндрическими поверхностями 38 и 39 с разными радиусами соответственно R1 и R2 с одним центром, которые находятся на одинаковом расстоянии от центра фланца и на одинаковом расстоянии друг от друга. В центре фланца 17 выполнено отверстие 40 для выхода верхнего конца вала 37 блока поршней. На каждом шлице 18 выполнены по одному отверстию 41 для установки форсунки, и выполнен канал 42 к отверстию для подачи топлива в случае использования воздуха в качестве рабочей среды, а в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды на каждом шлице выполняют по одному отверстию для установки свечи зажигания и выполняют канал 42 к отверстию для подачи электрического тока по проводу к свече. Поршни между шлицами устанавливаются по одному вперед с малым радиусом R1 против хода вращения блока поршней. Общий для всех шлицев наружный их диаметр 43 и малая ось внутренней овальной цилиндрической поверхности 14 наружного цилиндра 19 блока поршней 12 выполнены равными и общий для всех шлицев внутренний их диаметр 44 и большая ось наружной овальной цилиндрической поверхности 15 овальных дисков 27 и 28 блока поршней также выполнены равными. На наружной поверхности 46 шлицев выполнены предкамеры 47 для прохождения сжатой рабочей среды из камеры сжатия 49 в камеру сгорания 50 и для места воспламенения рабочей смеси. На поршнях выполнены две цилиндрические поверхности 52 и 53 с разными радиусами, соответственно R1 и R2, с одним центром, на которых они имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение между цилиндрическим поверхностями 38 и 39 шлицев 18. Кривизна передних наружных овальных поверхностей 54 поршней выполнена совпадающей с кривизной овала внутренней овальной цилиндрической поверхности 14 наружного цилиндра блока поршней от его выпускного отверстия 6 до его малой оси. Две цилиндрические поверхности 55 и 56 поршня выполнены с одним центром и одним диаметром Д, равным короткому расстоянию между овальными цилиндрическими поверхностями 14 и 15 блока поршней 12, с которыми поршни находятся в постоянном скользящем контакте. Высоты Н поршней, шлицев фланца и овальных цилиндрических поверхностей 14 и 15 блока поршней выполнены равными между собой.

Двигатель работает следующим образом. Блок поршней устанавливают в корпус двигателя. Шлицы фланца с поршнями устанавливают в блок поршней и фланец закрепляют к корпусу двигателя. В этом положении поршни могут совершать возвратно-поворотное движение между шлицами только при вращении блока поршней. Поршни, при вращении блока поршней на жестко соединенном с ним вале, находясь в постоянном контакте со скольжением своими цилиндрическими поверхностями 55 и 56 с внутренней овальной цилиндрической поверхностью 14 наружного цилиндра блока поршней и овальными цилиндрическими поверхностями 25 и 26 обоих овальных дисков блока поршней и совершая возвратно-поворотное движение между двумя цилиндрическими поверхностями шлицев 38 и 39, образуют между собой, внутренней овальной цилиндрической поверхностью 14 наружного цилиндра блока поршней и наружной поверхностью 46 шлицев 18 четыре переменного объема камеры 48, 49, 50 и 51, в которых последовательно совершаются все четыре такта рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания, такт впуска, такт сжатия, такт сгорания и такт выпуска отработанных газов. Исходное положение вращающегося блока поршней может быть любым. В том исходном положение блока поршней, в котором начерчен чертеж двигателя, камера 48 является камерой впуска рабочей среды, камера 49 - камерой сжатия, камера 50 - камерой сгорания и камера 51 является камерой выпуска отработанных газов. Если повернуть блок поршней на 90 градусов по ходу часовой стрелки, камера 48 становится камерой сжатия, камера 49 становится камерой сгорания, камера 50 - камерой выпуска отработанных газов и камера 51 становится камерой впуска. Если повернуть блок поршней еще на 90 градусов, камера 48 становится камерой сгорания, камера 49 становится камерой выпуска, камера 50 - камерой впуска и камера 51 - камерой сжатия, и если повернуть блок поршней еще на 90 градусов, камера 48 становится камерой выпуска, камера 49 - камерой впуска, камера 50 - камерой сжатия и камера 51 становится камерой сгорания, и далее камера 48 снова становится камерой впуска, и дальше процессы повторяются. Для понимания работы двигателя и последовательности происходящих четырех процессов в камерах рассмотрим только камеру 48, так как все процессы во всех четырех камерах происходят в той же последовательности, но с опозданием одного и того же процесса на 90 градусов по ходу вращения блока поршней. В отверстия шлицев устанавливаем свечи зажигания в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды, а в случае использования воздуха в качестве рабочей среды устанавливается форсунка для подачи топлива. В том положении, в котором находится блок поршней, такт впуска рабочей среды не закончен. Включаем стартер и начинаем вращать вал с блоком поршней. При повороте блока поршней по часовой стрелке примерно на 45 градусов от исходного положения камера впуска 48 максимально увеличивается в объеме и при этом в нее турбинной лопаткой 23 блока поршней нагнетается рабочая среда. По окончании поступления максимального количества рабочей среды впускное отверстие 5 проходит правый поршень, и он отсекает поступившую рабочую среду между собой и верхним поршнем фиг. 2. При дальнейшем повороте блока поршней примерно на 90 градусов в этой же, но уже в уменьшающейся в объеме камере сжатия 48 происходит такт сжатия рабочей среды до объема предкамеры. В начале поворота блока поршней на следующие 90 градусов в увеличивающейся в объеме камере сгорания 48 происходит такт сгорания рабочей смеси. При сгорании рабочей смеси повышается давление газов, оказывающих давление на заднюю цилиндрическую поверхность 53 поршня и на внутреннюю овальную цилиндрическую поверхность 14 наружного цилиндра блока поршней до окончания 90 градусов поворота блока поршней. Поскольку фланец со шлицами закреплен к корпусу двигателя и поршни не вращаются, а только совершают возвратно-поворотное движение, то вращательное движение от давления газов совершает блок поршней с валом, с которого получают крутящий момент. И при дальнейшем повороте на 90 градусов в этой же, но уже в уменьшающейся в объеме камере выпуска 48 происходит такт выпуска отработанных газов наружу через отверстие в блоке поршней в кольцевой канал и отверстие в корпусе двигателя. Во всех остальных камерах происходят все те же четыре такта рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания в той же последовательности за один оборот вала с отставанием на 90 градусов. Таким образом, за один оборот блока поршней во всех четырех камерах происходят последовательно четыре такта всасывания, четыре такта сжатия, четыре такта сгорания рабочей смеси и четыре такта выпуска отработанных газов, приводящие во вращательное движение блок поршней и жестко соединенный с ним вал.

Принятые обозначения на чертежах:

1 - корпус двигателя,

2 - картер,

3 - основание,

4 - внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса двигателя,

5 и 6 - впускное и выпускное отверстие блока поршней,

7 и 8 - кольцевые каналы для впуска и выпуска,

9 и 10 - впускное и выпускное отверстие корпуса двигателя,

11 - отверстие в основании,

12 - блок поршней,

13 - диск блока поршней,

14 - внутренняя овальная цилиндрическая поверхность наружного овального цилиндра блока поршней,

15 - наружная овальная цилиндрическая поверхность внутреннего овального цилиндра блока поршней,

16 - плоская поверхность,

17 - фланец,

18 - шлицы,

19 - наружный овальный цилиндр блока поршней,

20 - внутренний овальный цилиндр блока поршней,

21 - наружная цилиндрическая поверхность блока поршней,

22 - наружная цилиндрическая поверхность корпуса двигателя,

23 - турбинная лопатка,

24 - цилиндр,

25 и 26 - овальные цилиндрические поверхности двух овальных дисков,

27 и 28 - овальные диски,

29 и 30 - торцевые грани поршней,

31 - поршень,

32 - отверстие с лопаткой,

33 - лопатка,

34 - канавка,

35 - отбойник,

36 - отверстие для стекания масла,

37 - вал,

38 и 39 - цилиндрические поверхности шлицев с радиусами R1 и R2, с одним центром, соответственно передняя цилиндрическая поверхность с малым радиусом R1 и задняя цилиндрическая поверхность с радиусом R2,

40 - отверстие фланца,

41 - отверстие для свечи зажигания или форсунки,

42 - канал,

43 - общий наружный диаметр шлицев,

44 - общий внутренний диаметр шлицев,

45 - внутренняя поверхность шлицев,

46 - наружная поверхность шлицев,

47 - предкамера,

48 - камера впуска,

49 - камера сжатия,

50 - камера сгорания,

51 - камера выпуска,

52 и 53 - цилиндрические поверхности поршня с радиусами R1 и R2 с одним центром, соответственно передняя цилиндрическая поверхность с малым радиусом R1 и задняя цилиндрическая поверхность с радиусом R2,

54 - передняя наружная овальная поверхность поршня,

55 и 56 - цилиндрические поверхности поршня с одним диаметром Д и с одним центром.

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внутреннего сгорания выполнен для осуществления способа преобразования возвратно-поворотного движения поршней во вращательное движение вала. В двигателе обеспечивается возможность сжигания топлива и воздействия давления сгораемой рабочей смеси на вращающийся в корпусе двигателя блок поршней, жестко соединенный с валом. Верхний конец вала выпущен вверх через отверстие в центре фланца, и нижний конец выпущен вниз через картер с отверстием в центре основания двигателя для получения крутящего момента. Шлицы фланца с установленными между ними поршнями, имеющими возможность совершать возвратно-поворотное движение, помещают в блок поршней. Фланец закрепляют к корпусу двигателя. У основания корпуса двигателя выполнен картер со смазывающим маслом. Масло подается вращающимся блоком поршней через отверстия с лопатками в своем диске в полость между поршнями, шлицами и овальными дисками блока поршней, разбрызгивается, смазывает и стекает обратно в картер через отверстия для стока, расположенные тоже в диске блока поршней. Техническим результатом является упрощение конструкции, уменьшение массы и устранение вибрации двигателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа преобразования возвратно-поворотного движения поршней во вращательное движение вала, характеризующийся тем, что в цилиндрический корпус двигателя установлен блок поршней, в который установлены шлицы фланца с поршнями, корпус двигателя с блоком поршней закрыт фланцем и фланец закреплен к корпусу двигателя, блок поршней в корпусе двигателя имеет возможность совершать вращательное движение и жестко соединен с валом, нижний конец которого пропущен через отверстие в центре основания корпуса двигателя, а верхний конец пропущен через отверстие в центре фланца, в блок поршней между шлицами установлены четыре поршня, имеющие возможность совершать возвратно-поворотное движение на своих двух цилиндрических поверхностях с разными радиусами с одним центром, между такими же двумя цилиндрическими поверхностями шлицев с разными радиусами с одним центром, расположенными на одинаковом расстоянии от центра фланца и один от другого вперед с цилиндрической поверхностью с малым радиусом против вращения блока поршней и между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного овального цилиндра и наружной овальной цилиндрической поверхностью двух овальных дисков блока поршней, с которыми находятся в постоянном скользящем контакте своими двумя цилиндрическими поверхностями с одним центром, и при этом каждый из четырех поршней между своей передней овальной цилиндрической поверхностью и задней цилиндрической поверхностью предыдущего поршня, между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней и наружной поверхностью шлицев образуют четыре переменного объема камеры, в которых последовательно происходят процессы всасывания, сжатия, сгорания и выпуска отработанных газов, корпус двигателя выполнен цилиндрической формы с картером в основании для заливки смазывающего масла, на внутренней цилиндрической поверхности на уровне впускных и выпускных отверстий блока поршней по периметру выполнены два кольцевых канала с отверстиями, одно для впуска рабочей среды снаружи и второе для выпуска отработанных газов наружу, в центре основания выполнено отверстие, через которое выпускают нижний конец вала блока поршней, блок поршней выполнен из двух жестко соединенных между собой с закрывающим их снизу плоским диском, расположенных одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальных цилиндрических поверхностей, закрытых сверху своей плоской поверхностью и фланцем со шлицами, наружная поверхность блока поршней выполнена цилиндрической формы, которая плотно соприкасается и скользит по внутренней цилиндрической поверхности корпуса двигателя, на наружном цилиндре блока поршней выполнены два сквозных отверстия, расположенных на разных уровнях, одно верхнее отверстие для впуска рабочей среды снаружи через впускной канал и впускное отверстие корпуса и второе нижнее отверстие для выпуска отработанных газов наружу через выпускной кольцевой канал и выпускное отверстие корпуса, наружная овальная цилиндрическая поверхность внутреннего овального цилиндра блока поршней выполнена из жестко соединенных между собой цилиндром двух овальных цилиндрических поверхностей двух овальных дисков, расположенных на уровне боковых граней поршней, в диске блока поршней выполнены отверстия с лопаткой, наклоненной навстречу вращения для нагнетания масла из картера и разбрызгивания между поршнями, шлицами и овальными дисками, и выполнены канавки с отбойником и отверстиями для стекания масла в картер, верхний конец вала жестко соединен с овальными дисками блока поршней по центру вращения, нижний конец вала жестко соединен с диском блока поршней тоже по центру вращения, фланец, закрывающий корпус двигателя и блок поршней, выполнен жестко соединенным с четырьмя шлицами, между которыми установлены четыре поршня, в центре фланца выполнено отверстие для выхода верхнего конца вала блока поршней, на каждом шлице выполнено по одному отверстию для установки форсунки и выполнен канал к отверстию для подачи топлива в случае использования воздуха в качестве рабочей среды, а в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды на каждом шлице выполняют по одному отверстию для установки свечи зажигания и выполняют канал к отверстию для подачи электрического тока по проводу к свече, поршни, между шлицами, установлены по одному вперед с цилиндрической поверхностью с малым радиусом против хода вращения блока поршней, общий для всех шлицев наружный их диаметр и малая ось внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней выполнены равными и общий для всех шлицев внутренний диаметр и большая ось наружной овальной цилиндрической поверхности двух овальных дисков блока поршней также выполнены равными, на наружной поверхности шлицев выполнены предкамеры для прохождения сжатой рабочей среды из камеры сжатия в камеру сгорания и для места воспламенения рабочей смеси, на поршнях выполнены две цилиндрические поверхности с разными радиусами с одним центром, на которых они имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение между шлицами, кривизна передних наружных овальных поверхностей поршней выполнена совпадающей с кривизной овала внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней от его выпускного отверстия до его малой оси, две цилиндрические поверхности поршней выполнены с одним центром и одним диаметром, равным короткому расстоянию между овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней, с которыми поршни находятся в постоянном скользящем контакте, высоты поршней, шлицев фланца и овальных цилиндрических поверхностей блока поршней выполнены равными между собой.

2. Способ преобразования возвратно-поворотного движения поршней во вращательное движение вала, характеризующийся тем, что в цилиндрический корпус двигателя установлен блок поршней, в который установлены шлицы фланца с поршнями, корпус двигателя с блоком поршней закрыт фланцем со шлицами и фланец закреплен к корпусу двигателя, блок поршней в корпусе двигателя имеет возможность совершать вращательное движение и жестко соединен с валом, нижний конец которого пропускают через отверстие в центре основания корпуса двигателя, а верхний конец пропускают через отверстие в центре фланца, в блок поршней между шлицами установлены четыре поршня, которые имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение на своих двух цилиндрических поверхностях с разными радиусами из одного центра, между такими же двумя цилиндрическими поверхностями шлицев с разными радиусами с одним центром, расположенными на одинаковом расстоянии от центра фланца и один от другого вперед с цилиндрической поверхностью с передним малым радиусом против вращения блока поршней и между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра и наружной овальной цилиндрической поверхностью двух овальных дисков блока поршней, с которыми находятся в постоянном скользящем контакте своими двумя цилиндрическими поверхностями из одного центра, и при этом каждый из четырех поршней между своей передней овальной цилиндрической поверхностью и задней цилиндрической поверхностью предыдущего поршня, между внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней и наружной поверхностью шлицев фланца образуют четыре переменного объема камеры, в которых последовательно происходят процессы всасывания, сжатия, сгорания и выпуска отработанных газов, корпус двигателя выполнен цилиндрической формы с картером в основании для заливки смазывающего масла, на внутренней цилиндрической поверхности на уровне впускных и выпускных отверстий блока поршней по периметру выполнены два кольцевых канала с отверстиями, одно для впуска рабочей среды снаружи и второе для выпуска отработанных газов наружу, в центре основания выполнено отверстие, через которое выпущен нижний конец вала блока поршней, блок поршней выполнен из двух жестко соединенных между собой с закрывающим их снизу плоским диском, расположенных одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальных цилиндрических поверхностей, закрытых сверху своей плоской поверхностью и фланцем со шлицами, наружная поверхность блока поршней выполнена цилиндрической формы, которая плотно соприкасается и скользит по внутренней цилиндрической поверхности корпуса двигателя, на наружном цилиндре блока поршней выполнены два сквозных отверстия, расположенных на разных уровнях, одно верхнее отверстие с турбинной лопаткой нагнетает рабочую среду в камеру снаружи через впускное отверстие корпуса и впускной кольцевой канал и второе нижнее отверстие для выпуска отработанных газов наружу через выпускной кольцевой канал и выпускное отверстие корпуса, наружная поверхность внутреннего овального цилиндра блока поршней выполнена из жестко соединенных между собой цилиндром двух овальных цилиндрических поверхностей двух овальных дисков, расположенных на уровне боковых граней поршней, в диске блока поршней выполнены отверстия с лопаткой, наклоненной навстречу вращения для нагнетания масла из картера и разбрызгивания между поршнями, шлицами и овальными дисками, и выполнены канавки с отбойником и отверстиями для стекания масла в картер, верхний конец вала жестко соединен с овальными дисками блока поршней по центру вращения и нижний конец вала жестко соединен с диском блока поршней тоже по центру вращения, фланец, закрывающий корпус двигателя и блок поршней, выполнен жестко соединенным с четырьмя шлицами, между которыми установлены четыре поршня, в центре фланца выполнено отверстие для выхода верхнего конца вала блока поршней, на каждом шлице выполнены по одному отверстию для установки форсунки и выполнен канал к отверстию для подачи топлива в случае использования воздуха в качестве рабочей среды, а в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды на каждом шлице выполняют по одному отверстию для установки свечи зажигания и выполняют канал к отверстию для подачи электрического тока по проводу к свече, поршни между шлицами установлены по одному вперед с цилиндрической поверхностью с малым радиусом против хода вращения блока поршней, общий для всех шлицев наружный их диаметр и малая ось внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней выполнены равными и общий для всех шлицев внутренний их диаметр и большая ось наружной овальной цилиндрической поверхности двух овальных дисков блока поршней также выполнены равными, на наружной поверхности шлицев выполнены предкамеры для прохождения сжатой рабочей среды из камеры сжатия в камеру сгорания и для места воспламенения рабочей смеси, на поршнях выполнены две цилиндрические поверхности с разными радиусами с одним центром, на которых они имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение между такими же двумя цилиндрическими поверхностями шлицев, кривизна передних наружных овальных поверхностей поршней выполнена совпадающей с кривизной овала внутренней овальной цилиндрической поверхности наружного цилиндра блока поршней от его выпускного отверстия до его малой оси, две цилиндрические поверхности поршней выполнены с одним центром и одним диаметром, равным короткому расстоянию между овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней, с которыми поршни находятся в постоянном скользящем контакте, высоты поршней, шлицев фланца и овальных цилиндрических поверхностей блока поршней выполнены равными между собой, при вращении блока поршней, поршни имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение между шлицами и, находясь в постоянном скользящем контакте с внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней и наружной овальной цилиндрической поверхностью двух овальных дисков блока поршней, образуют между собой, наружной поверхностью шлицев и внутренней овальной цилиндрической поверхностью наружного цилиндра блока поршней четыре переменного объема камеры, при повороте блока поршней на 90 градусов и прохождении его впускного отверстия от одного поршня до другого в образовавшуюся и увеличивающуюся в объеме камеру впуска через впускное отверстие блока поршней турбинной лопаткой нагнетают рабочую среду из впускного кольцевого канала и впускного отверстия корпуса, при дальнейшем повороте блока поршней на следующие 90 градусов в этой же, но уже в уменьшающейся в объеме камере сжатия происходит сжатие рабочей среды до объема предкамеры, в начале поворота блока поршней на следующие 90 градусов в этой же, но в увеличивающейся в объеме камере сгорания в сжатый воздух, в случае использования воздуха в качестве рабочей среды, подают через форсунку топливо и полученная рабочая смесь в среде повышенного давления воспламеняется и сгорает с образованием еще большего давления сгораемых газов, а в случае использования рабочей смеси в качестве рабочей среды сжатая рабочая смесь сгорает от искры свечи зажигания с образованием давления сгораемых газов, поскольку фланец со шлицами закрепляют к корпусу двигателя и поршни не вращаются, а совершают только возвратно-поворотное движение, то вращательное движение от действия давления сгораемых газов совершает блок поршней и далее блок поршней совершает вращательное движение самостоятельно и при повороте блока поршней на следующие оставшиеся 90 градусов эта же камера превращается в уменьшающуюся в объеме камеру выпуска отработанных газов наружу через выпускное отверстие блока поршней, выпускной кольцевой канал и выпускное отверстие корпуса двигателя, во всех остальных камерах происходят все те же четыре такта рабочего процесса и в той же последовательности за один оборот блока поршней с отставанием на 90 градусов одного такта от другого, четыре такта всасывания, четыре такта сжатия, четыре такта сгорания рабочей смеси и четыре такта выпуска отработанных газов, которые приводят во вращательное движение блок поршней и жестко соединенный с ним вал.