ДВИГАТЕЛЬ С КАЧАЮЩИМСЯ МНОГОУГОЛЬНЫМ ПОРШНЕМ Российский патент 2017 года по МПК F01C1/344 F02B53/02 

[0001] Данное изобретение относится к двигателю с качающимся многоугольным поршнем. Структурно данный двигатель схож с известным роторно-поршневым двигателем Ванкеля с той разницей, что функциональное движение выполняют только камеры сгорания. Данное изобретение является доработкой самим изобретателем изобретения, опубликованного под номером СН 555470, так что ближайшим известным уровнем техники является это более раннее описание изобретения. В узком смысле изобретение касается двигателя с качающимся поршнем согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение более подробно описано на основании прилагаемых чертежей. На иллюстрациях изображено следующее:

на фиг. 1 - чертеж в разрезе через корпус двигателя со стороны камер сгорания, частично открытый,

на фиг. 2 - то же изображение с противоположной стороны,

на фиг.3 - осевое сечение двигателя.

[0002] На фиг. 1 показано осевое сечение корпуса двигателя согласно изобретению; здесь видны шесть камер сгорания 1-6 двигателя. Каждая из камер сгорания 1-6 ограничена одним из секторов 7-12 корпуса 13 двигателя, относительно внутренней стороны они ограничены уплотняющими планками 14, 14а, соответствующими поршневым кольцам ДВС с принудительным зажиганием или дизельного двигателя обычной конструкции, одна камера отделяется от другой частью двойной лопасти 15-20 или уплотняющими их планками 21. Концы уплотняющих планок 14, 14а, 21, 21а, к примеру, закалены, так как подвержены механическому износу. Изображенная здесь основная часть, которая, в том числе, задает и определяет размеры камер сгорания 1-6, - это поршень 22, параллельно направляемый тремя коленчатыми валами 23, что приводит к круговой осцилляции поршня 22 и, следовательно, к изменению размеров камер сгорания 1-6.

[0003] Каждый из трех коленчатых валов 23 жестко соединен с планетарным колесом 46, которые вращаются вокруг солнечного колеса 47. На стороне привода подвергающиеся сильным нагрузкам подшипники коленчатого вала смазываются и охлаждаются напорной смазочной системой с сухим картером. Избыточное смазочное масло возвращается в систему смазки по обратному трубопроводу 49.

[0004] На фиг. 2 изображена сторона, противоположная той, которая показана на фиг. 1. Заштрихована поверхность 24 поршня 22, которая находится в постоянном скользящем контакте со стенкой корпуса 13 и по этой причине нуждается в смазке. На поверхности 24 поршня 22 и в радиальных канавках 22а на равном расстоянии находятся отверстия 53 для свежей смазки, которая дозируется под давлением. Благодаря осциллирующему движению поршня 22 он или двойные лопасти 15-20 последовательно открывают частично закрытые и изображенные заштрихованными впускные и выпускные отверстия 25-30 и 31-36 камер сгорания 1-6.

Части 15-20 трех двойных лопастей жестко соединены между собой попарно шпильками или планками 15а. Двойные лопасти смещены относительно друг друга и оси двигателя в осевом направлении, благодаря чему они могут двигаться без помех.

[0005] Ниже описываются 4 такта бензинового или дизельного ДВС на примере камер сгорания 1-6:

Камера сгорания 1: Впускное отверстие 25 и выпускное отверстие 31 открыты. Свежий воздух под давлением поступает через впускное отверстие 25 в камеру сгорания 1, вытесняет находящуюся в камере сгорания 1 и сгоревшую смесь; одновременно в камеру 1 поступает новая порция свежего воздуха.

Камера сгорания 2: Впускное отверстие 26 и выпускное отверстие 32 закрыты; объем камеры сгорания 2 уменьшается.

Камера сгорания 3: Оба отверстия 27 и 33 закрыты; объем камеры сгорания 3 уменьшается еще больше.

Камера сгорания 4: Объем камеры сгорания 4 уменьшен максимально. В зависимости от типа двигателя осуществляется впрыск топлива и зажигание. Свечи зажигания или запальные свечи не показаны, так как и расположение зависит от конструкции.

Камеры сгорания 5, 6: Рабочий такт: Он начинается сразу после зажигания и распространяется в камеру сгорания 1. Так как поршень 22 не останавливается и, следовательно, не имеет мертвой точки, рабочий такт может быть свободно продлен; благодаря этому повышается степень использования энергии топлива и сокращаются выбросы вредных веществ.

Сгорающие газы продолжают расширяться. Впускное отверстие 30 открывается для подачи свежего воздуха; начинается дожигание.

[0006] Процессы, описанные для камер сгорания 1-6 последовательно, происходят одновременно, со временными интервалами в камерах 1-6.

Для предотвращения зажиганий предыдущей камеры от последующей выхлопные трубопроводы камер сгорания 1, 3, 5 и камер 2, 4, 6 соединены с отдельными трубами. Вышеназванный впрыск топлива осуществляется насосами, соответствующими современным техническим требованиям. Двигатель запускается сжатым воздухом из пневматического резервуара, сначала без впрыска топлива до тех пор, как двигатель не достигнет частоты вращения, при которой он может продолжать работу самостоятельно.

[0007] На фиг. 3 показано осевое сечение поршня 22, который является поршнем только с функциональной точки зрения, но имеет форму двенадцатиугольной шайбы. Эта шайба или поршень 22 колеблется, направляемый тремя коленчатыми валами 23 во время четырех тактов каждой камеры сгорания 1-6, на 360°, и захватывает три входящие в поршень 22 в канавки 22а двойные лопасти 15-20 сбоку, так что они участвуют в движениях поршня только в одной проекции на той стороне внутренней части двигателя, на которой каждая двойная лопасть 15-20 располагается вертикально. Три планетарных колеса 46, на которых жестко закреплены три коленчатых вала 23, постоянно сцеплены с солнечным колесом 47, которое, в свою очередь, жестко соединено с главным валом 48. Главный вал 48 является валом отбора мощности двигателя согласно изобретению.

Наружные концы двойных лопастей 15-20 во время одного оборота поршня 22 на всю длину отклоняются частями стенок 37-43 внутреннего пространства и благодаря вложенным уплотняющим планкам 21а и входящим в части лопастей в продольном направлении уплотняющим планкам 21 камеры сгорания 1-6, отделяя их друг от друга. Проходящие в поршне 22 в радиальном направлении уплотняющие планки 14 вместе с расположенными поперек двигателя уплотняющими планками 14а уплотняют камеры сгорания 1-6, отделяя их от центра двигателя.

Смазывание осуществляется масляным туманом, который создается и переносится поступающим под давлением свежим воздухом. Так как в камерах сгораниях 1-6 давление всегда избыточно, смазка не может попасть в них. Из-за неизбежной утечки воздуха масляный туман вытесняется от всех камер сгорания в центр двигателя, откуда он всасывается через отверстие 50 и возвращается в резервуар очищенного масла для повторного использования. Подаваемое сбоку смазочное масло после смазывания двигателя смешивается с воздухом утечки, образуя масляный туман, всасывается следующим компрессором для непрерывного смазывания и разделяется в пневматическому резервуаре для повторного использования.

[0008] Здесь также показано, как производится уравновешивание: чашеобразная структура огибает приводную часть двигателя. Это компенсационная масса 45, приводимая в движение планетарными колесами 46 и эксцентриковыми дисками 44. Благодаря этому можно добиться не только статического, но и динамического равновесия двигателя. Радиальное направление компенсационной массы 45 всегда точно противоположно радиальному направлению поршня 22 благодаря положению эксцентриковых дисков 44. Так как каждая из совершающих круговое движения масс, а именно масса поршня 22 и масса не центральной части компенсационной массы 45 сами по себе всегда одинаковы, а расстояния до центра главного вала 48 постоянны, момент инерции всегда постоянен. Благодаря этому достигается динамическое равновесие; любые отклонения, возникшие во время производства, можно устранить путем небольшой дополнительной обработки. Это облегчается и благодаря тому, что колпак компенсирующей массы 45 кроме средней части не касается других частей двигателя.

В принципе двигатель согласно изобретению смазывается свежим воздухом, увлажненным масляным туманом. Для этого воздух сжимается в компрессоре и перед подачей в двигатель насыщается смазочным маслом в виде тумана. Для разделения система смазки в двигателе используется перегородка 51. Поверхность 24 поршня 22 нуждается в смазке, так как находится в постоянном контакте с поршнем 22 и частями лопастей 15-20; смазка требуется также боковым и торцовым поверхностям двойных лопастей 15-20. Избыточное масло собирается в каналах 52 для повторного распределения в области поршня 22. Избыточное масло отводится, фильтруется и возвращается в резервуар очищенного масла. Оттуда его можно снова использовать.

Другие преимущества двигателя согласно изобретению:

- все поверхности скольжения ровные: упрощается производство,

- клапаны отсутствуют,

- простое и точное управление впускными и выпускными отверстиями благодаря прохождению поверхностей поршня и лопастей без зазоров,

- двигатель согласно изобретению не имеет холодных и горячих зон, теплообразованием распределяется равномерно,

- статическое и динамическое равновесие движущихся частей двигателя,

- перегрузки двигателя из-за мертвых точек отсутствуют, поэтому выпускные отверстия можно открывать позднее,

- на исходную частоту вращения можно влиять конструктивно с помощью размера планетарных колес,

- переменная нагрузка на поршень отсутствует благодаря избыточному давлению в камерах,

- двигатель запускается сжатым воздухом.

Группа изобретений относится к двигателю с качающимся многоугольным поршнем. Двигатель имеет корпус (13) в форме правильного двенадцатиугольника. В нем поршень той же формы совершает круговые колебательные движения вокруг оси главного вала. Три синхронно вращающихся коленчатых вала (23) параллельно направляют движение поршня вокруг центра вращения. Благодаря такому колебательному движению поршень последовательно вызывает в каждой из шести камер сгорания (1-6) четыре такта двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием или дизельного двигателя. Три коленчатых вала (23) благодаря жестко закрепленным шестерням находятся в постоянном зацеплении с солнечной шестерней, которая жестко установлена на главном валу и приводит его в движение. В двигателе имеется чашеобразная компенсационная масса, которая окружает приводную часть двигателя и приводится в движение тремя эксцентриковыми дисками. Группа изобретений направлена на обеспечение статического и динамического равновесия двигателя, упрощение производства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель с качающимся многоугольным поршнем (22) и равносторонним многоугольным в осевом сечении внутреннего пространства корпусом (13) той же формы, что и поршень (22), отличающийся тем, что

- имеет главный вал (48), на котором жестко закреплено солнечное колесо (47), приводящее в движение три планетарных колеса (46), на которых находится по одному коленчатому валу (23), приводящему поршень (22) в круговое качающееся движение с параллельным направлением вокруг главного вала (48), причем главный вал (48) представляет собой вал отбора мощности двигателя,

- многоугольное внутреннее пространство корпуса (13) функционально разделено на шесть камер сгорания (1-6),

- для каждой камеры сгорания (1-6) есть по одному впускному (25-30) и выпускному (31-36) отверстию,

- имеются три перекрещивающиеся двойные лопасти с частями (15-20), которые выполнены с возможностью вхождения в подходящие радиальные канавки (22а) поршня (22) с возможностью продольного скольжения и которые уплотняют многоугольное внутреннее пространство корпуса (13) в тангенциальном направлении с помощью уплотняющих планок (21), причем обе части одной из двойных лопастей (15-20) соединены в основном радиальными шпильками (15а, 17а, 19а),

- поршень (22) в каждой камере сгорания (1-6) направляет в тангенциальной канавке (14а) уплотняющую планку (14), которая уплотняет камеру сгорания (1-6) наружу в радиальном направлении, и

- имеется чашеобразная компенсационная масса (45), которая окружает приводную часть двигателя и приводится в движение тремя эксцентриковыми дисками (44), которые установлены с обеспечением возможности компенсации эксцентричности поршня (22) статически и динамически в каждом положении поршня (22).

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что

- имеется пневматическая система, которая снабжает двигатель увлажненным маслом сжатым воздухом, так что все движущиеся части и их поверхности скольжения постоянно смазаны во время движения, что неизрасходованное масло собирается в нескольких каналах (52), откуда оно снова распределяется поршнем (22).

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что

- выпускные отверстия (31-36) камер сгорания (1-6) соединены с двумя выхлопными трубами так, что отверстия (31-33) соединены с первой, а отверстия (34-36) - со второй для предотвращения обратных зажиганий.

4. Способ эксплуатации двигателя с качающимся поршнем по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что последовательно для каждой отдельной камеры сгорания (1-6) осуществляют следующие этапы:

открывают впускное отверстие (25) и выпускное отверстие (31) первой камеры сгорания (1), свежий воздух под давлением поступает через впускное отверстие (25) в первую камеру сгорания (1), вытесняет находящуюся в первой камере сгорания (1) и сгоревшую смесь, что делает возможным дожигание; затем в первую камеру сгорания (1) поступает новая порция свежего воздуха,

закрывают выпускное отверстие (32) и несколько позднее впускное отверстие (26) второй камеры сгорания (2); в этот момент времени свежий воздух еще поступает под давлением в объем второй камеры сгорания (2); уменьшают объем второй камеры сгорания (2); начинается сжатие,

оба отверстия (27) и (33) третьей камеры сгорания (3) по-прежнему закрыты; объем третьей камеры сгорания (3) уменьшают еще больше,

содержимое четвертой камеры сгорания (4) сжимают максимально; в четвертую камеру сгорания (4) впрыскивают топливо; осуществляют зажигание,

в пятой и шестой камерах сгорания (5, 6) продолжается расширение сжигаемых газов; выпускное отверстие (36) шестой камеры сгорания (6) открывают для снижения давления выхлопных газов, через короткое время открывают впускное отверстие (30) шестой камеры сгорания (6) для впуска сжатого воздуха; начинается дожигание.