Коловратный двигатель Советский патент 1933 года по МПК F02B55/16 F16D41/02 

Изобретение касается коловрр1тного двигателя с действующими в кольцевом пространсгве поршнями, попеременно вращающимися и задерживающимися при расширении энергетического средства. Задерживаемый поршень образует при этом заднюю стенку камеры расширения, в то время, как поршень, образующий переднюю стенку, при расширении энергетического средства стремится дальше и отдает при этом полезную работу.

Предлагаемое изобретение применимо для двигателей внутреннего сгорения, работающих воздухо-газовой смесью; од.нако, в качестве энергетического средства может также применяться гидравлическая сила, пар и т. д.

Предметом предлагаемого изобретения является коловратный двигатель, у которого на опоре каждого вращающегося в кольцевом пространстве поршня устроены две движущиеся в противоположном направления муфты, из которых одна увлекает рабочий вал в рабочем направлении при взрыве энергетического средства, в то время как другая задерживает сопря363

женный с ней поршень, мешая ему производить обратное движение. Внутренняя часть муфты, снабженная подвижными сцепными элементами и увлекающая с собой вал, прикреплена непосредственно к валу, а внешняя часть-к опорному диску поршня. Она одновременно служит опорой для внешней части другой муфты, прикрепленной к тому же опорному диску и мешающей поршню производить обратное движение, в то время как внутренняя часть этой муфты неподвижно прикреплена к корпусу двигателя. При взрыве воздухо-газовой смеси, находящейся в пространстве между двумя поршнями, один поршень стремится дальше в рабочем направлении и увлекает этим рабочий вал посредством одной из двух прикрепленных к его опорному диску муфт. Задний же поршень ке может производить обратного движения, так как одна из муфт его опорного диска упирается при этом о соответствующую неподвижну часть муфты.

Одновременно, яопеэененныы движением обоих опорных дисков поршней

производится впуск и сжатие воздушногазовой смеси, а равно и впуск остаточного ,

Применение муфт с признаками предлагаемог О изобретения, для поперечного увлечения рабочего вала и для npe iOTвращения обратного движения, имеет по сравнению с применяемыми до сего времени для той же цели в коловратных силовых машинах защелками, пружинящими собачками и т. д. то преимущество, что муфты зацепляются в любом месте без ударов и надежно, ,в то время, как, например, при применении защелок, заска|сивающих в выемки поршня, может произойти, что защелки не зацепляются, ибо поршни не всегда останавливаются в точно определенном месте. Известные до сего времени формы осуществления- коловратных силовых машин непривились на практике по тем или иным причинам, несмотря на то, без сомнения, передача сил этими м 1шинами гораздо выгоднее, чем передача сил от движен йоршней.I

На чертеже фиг. 1 изображает поперечный разрез двигателя; фиг. 2-разрез по линии АС на фиг.«1; фиг. 3-поперечный разрез детали пускового приспособления двигателя; фиг. 4-вид спереди этой дetaли; фиг. 5-разрез 1ругой детали пускового приспособления; фиг. б-вид спереди детали по фиг. 4; фиг. 7-- видoиз eнeлиe детали, изображенной на фиг. 6; фиг. 8-одну из муфт с поперечным сечением;-фиг. 9-вид спереди этой yфты; фиг. Ю - подвижной элемент муфты; фиг. 11-дальнейш,; ю форму Осуществления в поперечном селении; фиг. 12-эту же форму в продольном разрезе (для простоты показана лишь нижняя часть); фиг. 13-полый поршень с одной частью о лаждающего устройства.

Кожух 5 двигателя (фиг. 2) составлен из частей 7, 2, плОтйо соединенных олтами /#. Все части стягиваются болтами J. Части / и 2 кОжуха образуют охваченное хрлодильной рубашкой кольцевое пространство 65 цилиндричес1кого поперечного е,1ения, в котором вращаются пбршни 60 бОа, бОЬ, 60с (фиг. 1) и порни 5Р, 89а, 89Ь, 89с. Поршнр 60 размеены на Опорной диске 33 на расстояии, в 90 друг от . Таким же обраGte укревлен1я порпхни 89 на опорном

иске 7. Означенные поршни сконструй рованы в виде полых поршней и насажены на цапфы 64 опорных дисков 7 и 55, на которых они привинчены посредством сидящей на шайбе J/. На :поршнях могут быть предусмотрены ;выемки 252, с целью дать им возможность более тесно соединиться на месте кгжогониб гдь запала и получить таким образом более высокое сжатие. Оба опорных ди ска вращательно насажены на шариковых подшипниках 57 на рабочем валу 72. Для уплотнения кольцевого пространства 65 в тех мЬстах, в которых опорные диски скользят один около другого, устроены уплотнительные кольц а 66 (фиг. 2); крОме того цмеются уплотнительные,кольца для уплотнения кольцевого пространства 65 в тех местах, в кс торых опорные диски скользят мимо подвижных частей 7 и 2 кожуха. Кроме того, для уплотнения против смазочного масла поставлены уплотнителЬнью кольца/ 59.

Каждый из опорных дисков 7 и 55 снабжен цилиндрическим выступом 28, в который неподвижно всажена внешняя.часть 27 одной |1з муфт. Муфта (фиг. ) состоит из внешней части 27 и из вш трённего кольца 24, прикрепленного иа рабочем валу 72 посредством клиньев 5. В отверстиях внутреннего кольца 2 пог мещены подвижный элементы муфтьг 25, снабженные , масдяцыми каналами 195, Подвижные элементы колодкой 26 соразмерены таким образом, чтобы, с одной стороны, диаметр -D цйпфь 5 колодки 26, а с другой стороньт, ширина Л/ (фиг. 10) в месте перехода колодки 26 та цапфе и, наконец, длина L относились друг к другу, как 3: 2: 7: 5. Неподвижный элемент колодки (фиг. Ю) вращается точки С. Действующая плоскость его образует часть круга с центром А. Подвижной элемент муфть образует taraiM образом часть ралика, эксцентрически качающегося вокруг центра А над цапфой 30 и точкой вращения С последнего. Эксцейтриситет Центра А должен выбран та:ким образом, чтобы угол л между радиальным соединением и прям(|&й СЕ, идущей через точкиприл9 ке4 ая силы /Г подвижного муф-й, равн;ГЛся, iipsmepHQ,,; от 6 до, J2.;

Во внутренне кольце ярстйвлены державки- 2i (фиг. ;)J ciiaitii jbiis

пружиной 299, входящей в отверстие 98 подвижных элементов колодок 26. Пружина стремится вращать подвижные элементы муфты вокруг их точки вращения и придавливать их к внешней части муфты 27. Вся внутренняя часть муфты вращается в масляной ванне. При вращении внешней части муфты 27 против часовой стрелки подвижные элементы муфты сцепляются так, что увлекается внутреннее кольцо 2- муфты и с ней рабочий вал 77; в другом же направлении это вращение не имеет места.

На наружной стороне каждого цилиндрического выступа 28 надета цилиндрическая муфта 23, укрепленная посредством клина 29; означенная муфта уплотняется кольцами 69 70 vi муфтой 68. В муфте 23 поставлена внешняя часть 22 муфты, сконструированной, примерно, так же, как и вышеописанная м.уфта с подвижными элементами 17. Внутренняя втулка 16 насажена при помощи бронзовой втулки 15 на нижней части 14 муфты 23 и неподвижно прикреплена к кожуху 5. Кроме того, она снабжена шариковым подшипником 8, на котором покоится рабочий вал 12. Муфта закрывается посредством крышки 21, в которой, против выступающего масла, посредством навертной буксы 18, поставлена уплотнительная набивка 19.

Для уплотнения всей машины против выступающего масла устроены уплотнитель ые кольца 7/ с опорными втулками 277, прижимаемыми крышкой 6. Необходимое смазочное масло подводится к машине насосом через каналы 13. Оно проходит туда по всем подшипникам и муфтам и отводится опять через канал 113, в котором устроен нагруженный пружиною обратный клапан.

Для пуска двигателя в ход предусмотрен поводковый диск 44, неподвижно насаженный на вал посредством клиньев 45. Диск снабжен Т-образной головкой, на каждой стороне которой имеются две пары зубцов 57 и 5/ (фиг. 4). Означенные зубцы работают совместно с соответствующим защелками 52 поршня 47 (фиг. 5), поставленного в цилиндре 46, прикрепленном к опорному диску 7. Пружина 49 стремится привести защелку 52 в сцепление с внутренним зубцом 5/ диска 44. Поршень 7 снабжен пальцами 3 поводкового приспособления, на которые

надет стальной направляющий ролик 54, работающий совместно с направляющим выступом 56, всаженным в выемку 232 части 2 (фиг. 2) и прикрепленным к последней посредством болтов 57. Форма направляющих выступов 56 (фиг. 6) выполнена в виде двух кругов с выпрямленными в двух местах 77/линиями, причем по внутренней стороне означенного круга катается ролик 54. Как только ролик 54 переходит из круглой части направляющего выступа в прямолинейную часть, rijTb его укорачивается. Вследствие этого направляющий ролик 54, а с ним и защелка 52 поршня 47 отдавливаются вниз, так что зубцы 51 и 57 выходят из положения сцепления. Направляющий выступ 56 может, однако, иметь также форму, показанную на фиг. 7. При этой форме осуществления образуется паз из двух направляющих выступов 56. В этом пазу катается направляющий, ролик 54. В некоторых местах 171 паз, имеющий, впрочем, круглую форму, скошен.

Для получения необходимого сжатия при пуске двигателя в ход устроено особое приспособление для задержания. Последнее состоитиз надетого на муфту 23 кулачного кольца 180 (фиг. 2), снабженного шестью выступами 181. Совместно с этим кулачным кольцом работает ролик 182, спирающийся на подшипник 183, который прикреплен к стержню 186, помещенсному в корпусе 185. Переставная посредством гайки 189 пружина стремится прижать стержень 7515, а с ним и ролик 182 к кулачному кольцу. Кулаки распределены таким образом, что поршни останавливаются каждый раз на тех местах, на которых должен произойти запал. Вследствие усилия, прилагаемого при пуске двигателя в ход, кулак, действующий как раз в это время, продавливается под упругим роликом; следующий кулак набегает на следующем месте запала. Как только двигатель начинает действовать, ролик, вследствие более высокого усилия и скорости, отбрасывается вверх, и находящаяся под действием пружины защелка 188 вскакивает в выемку 184 стержня 186, так что ролик удерживается в приподнятом состоянии и находится вне действия. В каждой части кожуха 5 устроены два такиз: приспособления, расположенные друг против друга.

Для впуска воздухо-газовой смеси и отвода остаточного газа устроены шесть впускных клапанов 72 и шесть выпускных клапанов 81, распределенных по окружности стенки кольцевого пространства 65. Один впускной клапан 72 и один выпускной клапан 81 расположены друг против друга. Впускной клапан 72 снабжен та релкой 74, лежащей на гнезде (0. К тарелке 74 прикреплеа шпиндель 73. На последний надета пружина 75, сжимаемая посредством гайки 77 и тарелки 76. Направление открытия клапана выбрано таким образом, что тарелка при открытии входит в кольцевое пространство 65. Воздухо-газовая смесь подводится через патрубок 79, к которому присоединен карбуратор. Подводящий ратрубок может быть снабжен непосредственно компрес ром. Выпускной клапан 81 также состоит из тарелки 87, покоящейся на гнезде 6. На шпиндель 82 надета пружина 5, сжимаемая посредством тарелки 83 и гайки 84. Направление открытия клапана при этом выбрано таким образом, что клапан при открытии передвигается наружу. Остаточные газы отводятся через патрубок 88. Открытие впускного клапана 72 производится от получающегося при движении высась1вания поршня разреженного давления, в то время, как выпускной клапан открывается от давления остаточных газов. Между двумя смежными парами клапанов устроена пара расположённых друг против друга запальных свечей 63, так. что в сущности -имеется шесть пар запальных свечей.

Действие машины заключается в следующем. Если необходимо пустить двигатель в ход, то вращают рабочий вал 12, вследствие чего вращаемся поводковый диск 44. Как тоХько один из его зубцов, например, зубец 57 приходит в сцепление с защелкой 52 на опорном диске 7, то диск 44 увлекает означенный опорный диск и прикрепленные к нему поршни 89, 89а, 89Ь и Рс. После того, как поршень при вращении перешел н линию след ющего места запала, без того, чтобы произошла вспышка газовой сддесй, направляющий 54 подходит к одному из плоских мест/7/направляющего бруска, так что 52 отдавливается вниз и, звследствие этого, опорный диск 7 расцепляется с зубцом 51 поводкового диска. После, этргр зубец 5 Г другой стороны диска приходит в сцепление с одной из защелок 52 (вследствие расположения в другой плоскости, не показанной на чертеже) пускового приспособления, 3 имеющегося на бпорном диске 5J, и увлекает его с собой. После прохождения заранее определенного пут;и опорный диск 33 вновь освобождается. STQT цикл действия повторяется до тех пор, пока не последует запал гдзовбй смеси. Как только ,последний произойдет, onopHbie диски поршней начинают; попеременйо вращаться, так что более не требуется увлечения их диском 44, который, однако, продолжает вращаться с валом 72 и зубцы диска попеременно приходят в сцепление и расцепление с защелками 52 на поршнях 47. Но так как при этом не происходит передачи энергии и, кроме того, все пусковое приспособление вращается в масляной ванне, то не будет иметь места сколько-нибудь заметный износ. Но, как тол .ко двигатель, вследствие неудавшегося запала и вследствие перегрузки, грозит остановкой, пусковое приспособление вновь п:рйходит в действие и увлекает пдршнн, вследствие накопленной в нем центробежной силы, до момента нового запала. После пуска двигателя в ход приводится также устройство для удерживания поршней в бездействии, так как ролики М2 задерживаются в приподнятом состоянии, вследствие вскакива.ния болта 188 в JвыeMKjt 184 стержня 186.

Собственно работа машинь протекает следующим образом. При взрьгве газовой смеси в пространствах 90 и 94 порп1ни 60 и 6(а стремятся по напрдвлению стрелки и .увлекают при этом вал 72. Поршни 89 и 89а не могут, однако, производить обратного движения. При .движении поршня 60 вперед производигся не только вра;щение вала 72, но сжимается одновоеменно и находящаяся в пространстве Р/ воздушно-газовая .смесь. Так,,как этот поршень с самого начала своего движениях перебегает за место расположения клапанов 72 -ц 81, то этим предотвращается возможность отл1рытия расположенлых в этом пространстве клапанов, вследствие образовавшегося И5бь1точного давления. Таким образовд, йолучается нрвая камера сжатия, в которой раёпрлрСдельные муфты и подшипники и постутает, вследствие центро бежной силы, через -выпускные Каналы 76|9(фиг. 11) внутрь поршней, наполненных почти целиком маслом. В каждом поршне имеется спускное приспособление J61, в которое стремительно впускается масло, вследствие йнер-дии от при остановке поршня, и течет затем через отводный канал 162 в канавку 777. Из последней масло уходи опять через каналы 178 к 179.,

На фиг. 13 показан снабженный ckycKным приспособлением полый поршень. Спускное приспособление 161 состоит из воронки, занимающей приблизительно всю шир1ину плоскости поршня. Отверстие воронки открыто против показанного на чертеже направления вращения поршня, так что масло выбрасывается ц воронку при остановке поршня. К воронре l61 присоединен отвод ..ый канал 162. Для предотвращения обратного потока масла через спускное приспособление в последнем устроен шаровой клапан 280, допускающий лишь отвод масла, но предотвращающий подвод его; одинаковым образом и во впус-кном канале 160 устроен шаровой клапан 281 (фиг. 12), предотвращающий нежелательный отвод масла через означенный канал.

Действие йашины заключается в следующем. Пусковое приспособление действует, примерно, таким же образом, как и при форме осуществления изобретения по фиг. 1 и 2. Как тормозная П1айба 138 принадлежащая к поршням 60 и бОа, со своим кулаком 141 набежит на тормозную колодку 137, поршни 60 и бОа, проДвгинутыё до этого перед поршнями 89 и 89а, задерживаются, вследствие чего прйоисходит. зажатие. Если в соответствии с установкой колодки 757 будет достигнуто давление сжатия от 5 до 8 атмосфер, то происходит запал. Поршни 60 и б&И, вследствие взрыва, стремятся двигаться по направлению стрелки, при однёвременном преодолении задерживают щего действия; поршни увлекают рабочий вал 72 таким же образом, как это было описано цля действия по фиг. 1 и 2; оба же других поршня задерживаются taK же; как это было показано на тех же фхгурах.

Остаточные газы выталкиваются выпускными КАапана1 и 173 та. 173а.

щиеся еще в движении поршни сжимают вновь впущенную или засосанную смесь, причем, в данном случае, поршни 89 и 5Ра задерживаются соответствующим устройством. Затем цикл работы повторяется. Распределение клапанов производится, как было описано выше, при помощи кулаков 20, 156 k 757 (фиг. 12).

Регулированием момента запала и регулированием при задерживании может быть получено требующееся сжатие.

Если в энергетического средства пользуются паром, то охлаждение поршня, топлив- ый насос и т. д. отпадают, а на место запальных свечей устанавливаются паровые клапаны.

Предмет патента.

1.Коловратный двигатель с поршнями, попеременно движущимися в кольцевом кругового сечения цилиндре и автоматически сцепляющимися и расцепляющимися с рабочим валом, отличающийся применением на каждом из поршневых дисков 7 и 33 (фиг. 2) двух фрикционных муфт, состоящих,из нагруженных пружилами 299 колодок 26 (фиг. 8-10), поворачивающихся на цапфах 30 с центром С и эксцентрично обточенных, из каковых муфт одна допускает вращение в одну сторону и помещена в цилиндрическом выступе 28 дисков 7 та 33 (фиг. 2) и ее внутреннее кольцо 24, несущее цапфы 30, заклинено на рабочем валу 72, а другая муфта допускает вращение в другую сторону и помещена в цилиндрической муфте 23,. укрепленной ка выступе 28, и ее внутренняя втулка 16, несущая цапфы колодок, скреплена с кожухом 5 двигателя.

2.Применение в двигателе по п. 1 при числе поршней более двух пар автоматических впускных и выпускных клапанов 72 и 8 (фиг, 1 и 2), расположенных таким образом, что впускные и выпускные отверстия закрываются поршнями тотчас же после начала их движения, число клапанов равно трехкратному числу пар поршней и, между каждыми двумя парами клапанов посредине помещена воспламенительная свеча.

3.Применение в двигателе по п. 1 укрепленного на муфте 23 кольца 180 (фиг. 2) с выступами 18J, в которые упирается, с целью удержания одного из каждой пары

зкeны запа«)ные свечи б5&. Поршень 89Ь, об,|разую1 ций переднюю стенку этой ка:иеры, не может отойти в рабочем направлении, так как укрепленный с ним на том же самом опорном диске 7 поршень 98 задерживается противодавлением взорвавшихся газов. В тот момент, когда давлелие сжа.тия новых газов и противодавление взрываемых газов уравновесилось, происходит новый запал. Урегулированием момента цапала, таким , может быть рдновременно установлен раз;Мер образующегося сжатия.

Одновременно с движением поршня 60 продолжает двигаться прикрепленный к тому же опорному диску 33 поршень 0; благодаря этому в пространстве 92 получается разрежение, вследствие чего открывается находящийся в этом пространстве выпускной/ клЬпан, так что всасывается новая смесь. В пространстве же 93, напротив, образуется избыточное давление, открывающее выпускной клапан, вследствие чего остаточные газы тйОгут уходить.

§NroT цикл работы продолжается и далее. Первое образование смеси и сжатия получается тем, что диск 44 вращает опорные диски с поршнями. ПереД врадцением .двигателя, однако, поршень, образующий переднювд стенку ее, не задерживается противодавлением взрывчатых газов какого-нибудь другого с ним на TOJJ же опорном диске насажен нрго поршня. Задержание поршня производится в действительности описанным выше приспо облением для этой цели.

Передача движения поршней на рабочий вал 12 и задерживание поршней производится следующим образом. Как только, например, поршень 89 стремится далее в рабочем направлении, внешняя часть 27 муфты его сцепляется посредством колодок 26 с рнутренней частью муфты 24, прикрепленной к рабочему валу 12. Поеледний, вследствие этого, увлекается в рабочем направлении. Если поршень 60, обргшующий заднюю стенку камеры вспышки и насаженный на другой опорний диск, производить обратное движение, внешняя часть муфты рзначеннрго опорного диска приходит в рцепление с кожувдм 5. Вследствие этого рпорнь1Й диск с прикрепленньши к порнями НС может вращаться в 1рбратном

направлении; Каждый поршень при вспьацКе может вращаться лишь в рабочем лаправл1ении, при одновременном увлечении рабочего вала /2.,

Форма осуществления, показанная на фиг. 11 и 12, соответствует по принципу работы, по конструкции муфты и пускового прирпособле эия форме осущест1вления по фиг. 1 и 2. Пространство Р7 представляет, охлаждающую рубашку; Отросток 55 пускового приспособления, в Данном случае, сконструирован немного инат че; это, однако, для идеи изобретения не имеет значения. Поршни 60 и бОа, а также 89 и 89а выполнены полыми.

При двигателе согласно фиг; 11 и 12 на каждом из опорных дисков 7 vs. 33 устроена лишь одна пара поршней. Вследствие этого, поршень, образующий переднюю стенку камеры , например, поршень 89 не удерживается противодавлением одного из других поршней, насаженньйс с ним на том же опорном диске, если порше зь 50 к нему приближается и если при этом сжимается газовая смесь, а потому для получений сжатия необхог димо предусмотреть особое приспособление. Последнее состоит из шайбы I38i, заклиненной на муфте 2. ТормознЫй диск снабжен кулаком 141 с длинной щадью разбега, в целях п 5 учения остановки без толчков. Тормозный диск работает совместно с тормозной колодкой J37, в вилкообразную часть диска, посредством стержня J40, посажен ролрк J39. Последний, с целью заглуп4ения шума, обтянут сырой кожей. Тормозная колодка J37 может быть Аосредством пружинящего диска и муфты J35 более или прижата к кулаку J4J. Цел§со,об,разно связать все муфты J35 каким-либо ки нематическйм средством, так чтобы peg четыре цилиндра 757. регулировались р одного места. Посредством цилиндра .137 и шайбы J38 поршни, образующие перед нюю стенку камеры расширения, удержи ваются во время сжатия, так что размер действия задержаэия: определяет размер сжатия, которое, вследствие этого, легко регулируется.

Далее, при этой форме .осуществления изобретения предусмотрены ещ Qco6.we рхлаждающие, устройства. Устрбйствр охлаждающее, например,. маслр подвог

ггся, через трубу , проходит „ , , , ......-, ж

поршней для получения необходимого при пуске в ход сжатия, ролик /52, отбрасываемый наружу центробежной силой при движении двигателя и удерживаемый в этом положении защелкой 188.

4. Применение в двигателе по п. 1 пускового приспособле ия, состоящего из закрепленного на рабочем валу /2 диска 44, снабженного на обеих сторонах обода зубцами 5/ и 5/ (фиг. 3-7 и 2), в которые упирается защелка 52 поршня 47, подвижного в цилиндре и периодически перемещаемого направляющим выступом или пазом 35 при помощи пальца 53 с роликом 54 (фиг. 5).

5.Видоизменение двига ля по п, 1, отличающееся в случае лишь двух пар поршней применением, в целью удержания одного поршня при пуске в ход, укрепленных на муфтах 23 (фиг. 11 и 12) шайб 738, на кимаемых к роликам на коАухах 7 и 2 при помощи тормозных колодок J37 с роликами J39, п1гредвигаемых действием дисков 134vi муфт 135,

6.Применение в двигателе по п.п. 1 и 2 при пустотелых поршнях охлаждающей и смазочной системы, состоящей из каналов J79-J62-J60, снабженных в полости поршней воронкой 767 (фиг. 11-13) с шариковым клапаном 280.,

ФИП

-ч

ФИГ2 к патенту ингнрй фирмы „И. Ц. Зэдинг и wr.3, /тг/.Ш Гальбах № 31343

/: 5#Я/:

Фиг: