Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям с качающимися рабочими органами. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус 1 с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой 2 и камерами завихрения 39, 40, выполненными в перегородках 9, 10. На входном валу 8 установлен качающийся ротор-поршень 7 из магнитно-твердого материала, имеющий ступицу 30 с лопастями 28, 29, образующими с перегородками две рабочие 33, 34 и две нагнетательные 35, 36 полости. Механизм привода ротора-поршня включает кривошипно-шатунный механизм. Согласно изобретению корпус 1 двигателя выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами 51, 52 Т-образной формы, внутри которых размещены стержни 53, 54 из электротехнической стали с обмотками 55, 56, контактирующие с внутренней поверхностью, охватывающей их пластины 57 из электротехнической стали С-образной формы. В перегородках 9, 10 выполнены радиальные пазы 43, 44, имеющие выход в камеры завихрения 39, 40. Центральные электроды 45, 46 свечей укреплены в перегородках 9, 10 и введены в камеры завихрения 39, 40. Это позволит обеспечить простыми средствами расширение функциональных возможностей, увеличение КПД двигателя и повышение надежности двигателя при эксплуатация. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с качающимися рабочими органами.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, соосные рабочие валы с установленными на них лопастями, образующими в кольцевой камере четыре рабочие и нагнетательные /нерабочие/ полости, выходной вал и механизм привода лопастей, установленный на рабочих валах, кинематически связывающий их с выходным валом и включающий шестерню, закрепленную жестко на корпусе соосно с рабочими валами, кривошипные механизмы, снабженные зубчатыми колесами-сателлитами и ползунами, установленные попарно-противоположно и кинематически связанные с выходным валом, при этом зубчатые колеса входят в зацепление с неподвижной шестерней, закрепленной на корпусе, а ползуны находятся в пазах крестовины, установленных на рабочих валах. Для повышения надежности работы роторного двигателя выходной вал и механизм привода снабжены зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении, причем зубчатое колесо механизма привода имеет внутренние спицы, на рабочих валах установлены зубчатые секторы, в зацеплении с которыми находятся конические шестерни, установленные на спицах и связанные жестко с пружинами кручения, рабочие валы снабжены механизмом стабилизации угловой скорости, состоящим из двух балансиров, связанных между собой пружинами и снабженных роликами, и профилированного кулачка, установленного с возможностью поворота на корпусе машины и снабженного рукояткой для поворота. /См. а.с.СССР №1442683 “Роторный двигатель внутреннего сгорания”, МПК 7 F 02 В 53/00, 07.12.88 г./
Недостатком этого двигателя является сложность его конструкции, вызванная наличием механизма привода лопастей, двух кривошипных механизмов и механизма стабилизации угловой скорости.
Выполнение рабочих и нагнетательных полостей рабочими и вспомогательными лопастями потребует вращение лопастей с разной скоростью от системы механизмов, а следовательно, потребует дополнительный расход мощности, что снизит КПД /коэффициент полезного действия/ двигателя.
Отсутствие эффективного процесса продувки отработавших газов приводит к снижению качества поступившей горючей смеси из-за смешивания ее с остатками отработавших газов.
Эти недостатки частично устранены в “Двухтактном двигателе внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, содержащем цилиндрический, закрытый с обеих сторон крышками 4, 5 корпус 1 /картер/, образующий кольцевую рабочую камеру, в середине которой установлен входной вал 3 /фиг.1/ с качающимся ротором-поршнем 6, в ступице которого выполнена выемка 17, сегментную перегородку 7, прикрепленную к корпусу 1 болтами 10, 11, генератор переменного тока /устройство зажигания/ 43 и каналы для подвода горючей смеси 18 и для отвода отработавших газов 19, которые закрываются и открываются лопастью 22 качающегося ротора-поршня. На валу 3 /фиг.3/ закреплен кривошип 23 /рычаг/, который посредством шатуна 25 связан с кривошипом 26, установленным на выходном валу 27. В корпусе 1 рядом с сегментной перегородкой 7 установлена свеча зажигания 16, и между ними и поршнем 6 устанавливаются уплотнения 12, 13, 14, 15. /См. патент ФРГ №3811760 “Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, МПК 7 F 02 B 53/00, F 01 C 9/00, 01.06.89 г./.
Недостатком этого двигателя является то, что он имеет ротор-поршень с одной лопастью, которая с перегородкой делят рабочую кольцевую камеру на две полости, одна из которых нагнетательная, а другая рабочая. Это приводит к тому, что для возвращения ротора-поршня с нижней мертвой точки /НМТ/ до верхней мертвой точки /ВМТ/ потребуется дополнительная мощность для вращения выходного вала, что снизит КПД двигателя.
При качании ротора-поршня ввиду его неуравновешенности возникают силы трения, вызывающие износ подшипников вала, корпуса, лопасти ротора-поршня и снижение надежности двигателя при эксплуатации.
Наличие генератора переменного тока сбоку корпуса приводит к увеличению габаритов двигателя и сложности его конструкции.
Известен также “Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, который является наиболее близким аналогом-прототипом заявленного изобретения. За прототип принят двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус 7 /фиг.1, 2/ с каналами для охлаждения и установленными в нем форсунками 21 /фиг.1 - вариант дизельного двигателя/ или двумя свечами зажигания 22 /фиг.2 - вариант двигателя “Отто”/. На корпусе 7 /фиг.2/ двигателя предусмотрен для подачи горючей смеси впускной канал 25, а для выхлопа отработавших газов выходной канал 26. Внутри корпуса 7 на рабочем валу 10 установлен качающийся ротор-поршень 8 /анкер/ с двумя лопастями и закреплены жестко с внутренней его стороны напротив форсунок 21 /фиг.1/ и в месте установки свечей зажигания 22 /фиг.2/ перегородки 27 /переходы/. Ротор-поршень 8 и перегородки 27 делят рабочую кольцевую камеру, образованную корпусом 7 на четыре полости с изменяющейся объемной величиной, две из которых полости нагнетания 23 и две рабочие полости 24. Для перелива горючей смеси в рабочие полости 24 в ступице качающегося ротора-поршня 8 выполнены выемки 9 /фиг.1, 2/. В жестких перегородках 27 выполнены камеры завихрения 20 /фиг.1 - вариант дизельного двигателя/, в которых поступившая горючая смесь из рабочих полостей благодаря вращающемуся движению качающегося ротора-поршня 8 будет сжиматься и при сильном завихрении сгущаться. Внутри ротора-поршня 8 и выходного вала 11 двигателя для смазки и охлаждения выполнены каналы 18 /фиг.1, 2, 3/. Для подачи смазки посредством насоса служат отверстия 29. Подпружиненные спиральными пружинами керамические уплотнения 17 и кольца 16 расположены на лопастях ротора-поршня 8 и перегородках 27. На кривошипе вала 10 и кривошипе вала 12 установлен шатун /штанга/ 13 /фиг.3, 4/, преобразующий качательное движение вала 10 во вращательное движение вала 12, на котором установлена шестерня 15 /фиг.5/, находящаяся в зацеплении с шестерней 14, насаженной на валу 11, который подвижно размещен внутри полого вала 10 с жестко закрепленным на нем ротором-поршнем 8. Все вышеперечисленное образует механизм привода лопастей. При запуске двигателя, например, стартером вращают вал 11 /фиг.3, 4/, который передает вращение через шестерни 14, 15 кривошипу вала 12, а он через шатун 13 и кривошип вала 10 передает качательное движение ротору-поршню 8, в результате чего двигатель внутреннего сгорания /ДВС/ начинает работать. После запуска двигателя происходит поступление горючей смеси в рабочие полости 24 /фиг.1/, где происходит в результате сжатия и зажигания горючей смеси под действием образовавшихся газов качание ротора-поршня 8. От ротора-поршня 8 качательное движение передается кривошипу вала 10, который передает движение шатуну 13, приводящему во вращение кривошип с валом 12. От вала 12 через шестерни 15 и шестерни 14 передается вращение валу 11. Для уравновешивания кривошипа вала 12 на нем установлен противовес 19, а на валу 11 смонтирован маховик-шестерня 14. /См. заявка ФРГ №3725277, МПК 7 F 01 С 9/00, F 02 B 53/00, 09.02.89 г./
Недостатком двигателя является сложная конструкция механизма привода лопастей при наличии в нем системы валов и шестерен, снижающая надежность двигателя при эксплуатации.
Конструкция корпуса двигателя не позволяет использовать его в качестве генератора переменного тока для создания разряда между электродами свечей зажигания, и для работы двигателя потребуется дополнительно генератор с приводом. Это приводит к сложности конструкции, двигателя и снижению надежности его при эксплуатации.
Отсутствие связи камер завихрения с выемками в ступице ротора-поршня не позволяет обеспечить ввод сжатой горючей смеси из полостей нагнетания в камеры завихрения и исключить образование в них остатков отработавших газов СО, что приводит к снижению КПД двигателя.
Отсутствие смотровых оком не позволяет обеспечить визуальный контроль качества состава и сгорания горючей смеси в рабочей полости, что снижает надежность двигателя при эксплуатация.
Конструкция привода лопастей не позволяет использовать его для изменения степени сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя, исключая тем самым эксплуатацию двигателя на различных марках топлива, что не позволяет расширить номенклатуру применяемого топлива и сужает функциональные возможности двигателя.
Конструкция свечей зажигания и расположение их электродов вне камеры завихрения требует применения дополнительно распределителя зажигания с прерывателем и его привода, что позволяет получить только один разряд для зажигания горючей смеси. Это приводит к сложности конструкций, снижению надежности двигателя при эксплуатации в карбюраторном варианте исполнения.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя для облегчения его изготовления, расширение возможности применения двигателя для различной номенклатуры топлива и улучшение его эксплуатационных качеств.
Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении количества электрических аппаратов с приводами, в расширении функциональных возможностей за счет изменения степени сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя, увеличении КПД двигателя путем устранения остатков отработавших газов из камер завихрения и рабочих полостей двигателя и повышении надежности двигателя при эксплуатации посредством увеличения количества разрядов свечей зажигания.
Сущность изобретения заключается в том, что в двигателе внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащем корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой, ограниченной с торцов боковыми крышками, в которой расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с камерами завихрения, а на входном валу установлен ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками для перелива горючей смеси и по меньшей мере две лопасти, образующие с перегородками две рабочие и нагнетательные полости, связанные с корпусом свечи зажигания, окна впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов, размещенные на входном валу и роторе-поршне смазочно-охлаждающие каналы, а также механизм привода ротора-поршня, установленный на двух параллельных валах и включающий кривошипно-шатунный механизм, корпус двигателя выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью, охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания, причем в стержнях выполнены каналы для их охлаждения и обмоток, связанные с каналами подвода и отвода пластины, а в перегородках радиальные пазы, имеющие выход в камеры завихрения, напротив которых расположены смотровые окна, выполненные на одной из боковых крышек корпуса, при этом в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу, выполнен паз, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, а свечи зажигания выполнены с центральными электродами, укреплены в перегородках корпуса, и их электроды введены в камеры завихрения, напротив электродов, которые установлены на противоположных сторонах одной из лопастей ротора-поршня перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания, на высоте Н, определяемой из выражения
H=h+h2=h+L·tg
, где
h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h2 - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ /верхней или нижней мертвой точки/.
Ротор-поршень двигателя выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус, крышки и входной вал - из немагнитного материала, а корпусные детали-пластины и стержни - из электротехнической стали. Паз в кривошипе механизма привода ротора-поршня выполнен овальной формы, и его длина l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол 
и определяется из выражения
где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; dпал.кр. - диаметр пальца кривошипа; - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа.
Для обеспечения необходимого зазора “а” между резьбовыми и центральными электродами свечей зажигания установлены регулировочные кольца, которые размещены между корпусом и свечами зажигания.
Выполнение корпуса с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания или форсунки, в стержнях каналов для их охлаждения и обмоток, которые связаны с каналами подвода и отвода пластины и выполнение стержней и пластины из электротехнической стали позволяет использовать корпус при взаимодействии с ротором-поршнем, выполненным из магнитно-твердого материала в качестве генератора переменного тока с охлаждением его обмоток, что упрощает конструкцию двигателя за счет исключения дополнительного генератора с приводом и обеспечивает его надежность при эксплуатации.
Выполнение в перегородках радиальных пазов, имеющих выход в камеры завихрения, позволяет обеспечить ввод горючей смеси из нагнетательных полостей рабочей камеры в камеры завихрения и из нее в рабочие полости рабочей камеры с отработавшими газами, вытесняя их полностью в выпускное окно, и заполнение их очередной порцией горючей смеси, что исключает образование остатков отработавших газов СО в камерах завихрения и рабочих полостях, и увеличивает КПД двигателя.
Выполнение на одной из боковых крышек корпуса смотровых окон, расположенных напротив камер завихрения, позволяет без специальных устройств производить визуальный контроль количества разрядов на свечах зажигания, качества состава и сгорания горючей смеси по цвету ее вспышки, которые при использовании гибких световодов с диафрагмой используют для указателей поворота или других сигнализаций транспортного средства, что повышает надежность двигателя при эксплуатации и позволяет упростить конструкцию транспортного средства.
Выполнение в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу паза овальной формы, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, позволяет изменить радиус установки этого кривошипа и соответственно через шатун и кривошип входного вала, изменить путь S, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой, а также степень сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя. Длина паза l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол и определяется из выражения
где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; dпал.кр. - диаметр пальца кривошипа; - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа. Это позволяет расширить функциональные возможности двигателя и обеспечить эксплуатацию двигателя на различных марках топлива.
Выполнение свечей зажигания с центральными электродами, укрепление их в перегородках корпуса через регулировочные кольца с вводом электродов в камеры завихрения напротив резьбовых электродов позволяет обеспечить многократное воспламенение горючей смеси в камерах завихрения, снизить уровень угарного газа СО в отработавших газах и увеличить КПД двигателя. Кроме этого, при соответствующем давлении и степени сжатия возможна замена свечей зажигания на форсунки топлива для переоборудования в дизельный вариант, что также расширяет функциональные возможности двигателя.
Установка резьбовых электродов на противоположных сторонах одной из лопасти ротора-поршня перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания на высоте Н, определяемой из выражения
H=h+h2=h+L·tg,
где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h2 - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ /верхней или нижней мертвой точки/, позволяет получить количество разрядов, равное количеству витков резьбы электродов при повороте ротора-поршня на угол . Такое увеличение количества разрядов свечей зажигания позволяет повысить надежность зажигания рабочей смеси и двигателя при эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид двигателя, поперечный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - продольный разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - продольный разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - узел Т на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.6 - корпус двигателя в аксонометрии; на фиг.7 - вид Г на фиг.3 - схема действия кривошипно-шатунного механизма; на фиг.8 - положение лопастей ротора-поршня при его повороте на yгол по часовой стрелке; на фиг.9 - положение лопастей ротора-поршня при его повороте на угол против часовой стрелки.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем содержит корпус 1 /фиг.1, 3, 4, 6/ с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой 2, ограниченной с торцов прикрепленными к нему с помощью болтов 3, 4 боковыми крышками 5, 6, качающийся ротор-поршень 7, закрепленный в рабочей камере на входном шлицевом валу 8, перегородки 9, 10, прикрепленные болтами 11, 12 к внутренней цилиндрической поверхности корпуса и механизм привода ротора-поршня, который содержит два вала - качающийся входной шлицевый вал 8 и вращающийся выходной шлицевый вал 13, на шлицах которых с правой стороны зафиксированы пружинными кольцами 14, 15 кривошипы 16, 17, в которых закреплены гайками 18, 19 с шайбами 20, 21 пальцы 22, 23, посредством которых кривошипы связаны шарнирно с шатуном 24.
Валы 8 и 13 /фиг.3/ имеют шлицы с обеих сторон и установлены в подшипниках скольжения 25, 26, размещенных в отверстиях крышек 5, 6, которые в нижней части выполнены с опорными лапами 27 для крепления двигателя. Шлицевый конец выходного вала 13 и входного вала 8 с левой стороны служит для передачи потребителю вращательного и качательного движения. Ротор-поршень 7 /фиг.1, 8, 9/ выполнен в виде двух лопастей 28, 29 со ступицей 30, на которой выполнены выемки 31, 32 для перелива горючей смеси. Рабочая камера 2 лопастями 28, 29 и перегородками 9, 10 разделена на две рабочие 33, 34 и две нагнетательные 35, 36 полости с изменяющейся объемной величиной и содержит свечи зажигания 37, 38 или форсунки по дизельному варианту /не показаны/. Перегородки 9, 10 имеют камеры завихрения 39, 40 с отверстиями 41, 42 для выхода сжатой горючей смеси и в них выполнены радиальные пазы 43, 44, обеспечивающие связь камер завихрения с выемками 31, 32 ступицы 30 ротора-поршня 7 для ввода горючей смеси из нагнетательных полостей 35 и 36.
Свечи зажигания 37, 38 /фиг.1, 5/ выполнены с центральными электродами 45, 46 и установлены через регулировочные кольца 47, 48 в отверстиях перегородок 9, 10 с размещением электродов в камерах завихрения 39, 40 напротив резьбовых электродов 49, 50 для получения искры зажигания. Регулировочные кольца 47, 48, служащие одновременно уплотнением, расположены между корпусом 1 и свечами зажигания 37, 38.
Резьбовые электроды 49, 50 установлены на противоположных сторонах лопасти 28 ротора-поршня 7 перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “a” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами 45, 46 свечей зажигания 37, 38 на высоте Н, определяемой из выражения
H=h+h 1=h+L·tg,
где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h2 - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ. Величина зазора “а” регулируется с помощью колец 47, 48. Значение h2=L·tg определяется из треугольника ОДЕ /фиг.5/, значение угла 5°-7° и зазора “а” 0,5-0,8 мм приняты согласно данных для регулировки и контроля автомобилей. /См. “Устройство, обслуживание автомобилей ВАЗ-2105, ВАЗ-2104, ВАЗ-2107 авторов В.А.Вершигора и др. Москва, “Патриот”, 1990, с.17/.
Цилиндрический корпус 1 /фиг.1, 4, 6/ выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами 51, 52 Т-образной формы, в которых размещены стержни 53, 54 с расположенными на них обмотками 55, 56, контактирующие с внутренней поверхностью установленной на них пластиной 57 С-образной формы со впадиной 58 с отверстием 59 в средней ее части для установки свечи 37, выполняющей роль магнитопровода. Для охлаждения обмоток 55, 56 в стержнях 53, 54 выполнены каналы 60, 61, а в пластине 57 два канала 62 и два канала 63 для подвода и отвода охлаждающей жидкости.
Ротор-поршень 7 выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус 1, крышки 5, 6 и входной вал 8 из немагнитного материала, а корпусные детали - пластина 57 и стержни 53, 54 - из электротехнической стали.
Такая конструкция корпуса 1 и ротора-поршня 7, а также материал, из которого они изготовлены, позволяет использовать их в качестве статора и ротора генератора переменного тока, вырабатывающего собственную электроэнергию для создания электрического разряда между электродами 45, 46 и 49, 50, обеспечивая работу двигателя внутреннего сгорания.
В боковой крышке 6 корпуса 1 выполнено окно 64 для подачи горючей смеси и окно 65 для выхлопа отработавших газов, а также два смотровых окна 66 из жаропрочного стекла, расположенных напротив камер завихрения 39, 40.
В кривошипе 17 /фиг.3/ механизма привода ротора-поршня 7 выполнен паз 67 овальной формы, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец 23, позволяющий обеспечить диапазон качания ротора-поршня 7 и соответственно различную степень сжатия горючей смеси в камерах завихрения 39, 40 в зависимости от его длины. Длина паза l выбрана из условия поворота ротора-поршня 7 на угол и определяется из выражения
где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой; dпал.кр. - диаметр пальца кривошипа; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа. Значение 
определяется из треугольника ОИК /фиг.7/, значение угла 90°-100° и значение радиуса R кривошипа принято согласно степени сжатия на его шкале, a dпал.кр. paвен ширине паза.
Следовательно, для использования в двигателе различных марок топлива необходимо изменение величины сжатия горючей смеси в камерах завихрения 39, 40, которое достигается изменением угла поворота качающегося ротора-поршня 7 до ВМТ или НМТ и радиуса R установки кривошипа 17 на выходном валу 13 при перемещении его пальца 23 в пазу 67.
Расположение свечей зажигания 37, 38 в отверстиях перегородок 9, 10 и связь их электродов 45, 46 с камерами завихрения 39, 40 позволяет заменить их на форсунки впрыскивания топлива и переоборудовать в дизельный вариант.
Для охлаждения и смазки ротора-поршня 7 /фиг.4/ масляным насосом /не показан/ внутри входного вала 8 с обеих сторон выполнены продольные каналы 68, 69 с установленными в них заглушками 70, 71, соединенные отверстиями 72, 73 со сквозными радиальными каналами 74, 75, выполненными в роторе-поршне 7, которые между собой сообщены продольными отверстиями 76, 77. На входном валу 8 в месте установки подшипников скольжения 25 выполнены кольцевые канавки 78, 79 с радиальными отверстиями 80, 81, обеспечивающими связь с патрубками 82, 83, установленными в крышках 5, 6.
Для обеспечения герметичности двигателя корпус 1 /фиг.1, 3, 4/ соединен с крышками 5, 6 через прокладки 84, 85, а на лопастях 28, 29 ротора-поршня 7 и перегородках 9, 10 установлены подпружиненные пластины 86, 87 и на входном валу 8 - уплотнительные кольца 88.
Двигатель работает по двухтактному циклу следующим образом. При пуске двигателя валу 13 сообщают стартером вращательное движение, которое механизмом привода преобразуется в качательное и передается входному валу 8 и ротору-поршню 7 для поворота на угол /система пуска не показана/.
При движении ротора-поршня 7 /фиг.8/ по часовой стрелке от ВМТ до НМТ происходит сжатие горючей смеси в рабочей полости 33 и в камере завихрения 40, при этом в нагнетательной полости 36 происходит разряжение, и через окно 64 из карбюратора /не показан/ в нее поступает горючая смесь, в нагнетательной полости 35 происходит сжатие горючей смеси, а затем через выемку 32 в ступице 30 ротора-поршня 7 и радиальный паз 43 она поступает в камеру завихрения 39, осуществляя продувку отработавших газов через отверстие 41 в рабочую полость 34 и окно 65 и заполнение полости свежим зарядом горючей смеси.
Воспламенение горючей смеси в камере завихрения 40 происходит в момент совпадения центрального электрода 45 свечи зажигания 37 с первый витком резьбы электрода 49 при повороте ротора-поршня 7 на начальный угол опережения зажигания. При этом количество разрядов будет равно количеству витков резьбы электрода 49, совпадающих с центральным электродом 45 при повороте ротора-поршня на угол .
При движении ротора-поршня 7 /фиг.1, 6/ происходит взаимодействие его со стержнями 53, 54 и пластиной 57 для образования в обмотках 55, 56 переменного электрического тока, который через катушку высокого напряжения /не показана/ используют для создания электрического разряда между электродами 45, 46 и 49, 50 и нужд транспортного средства.
После воспламенения топлива в рабочей полости 33 /фиг.8/ ротор-поршень 7 /фиг.9/ совершает движение против часовой стрелки от НМТ до ВМТ, при этом происходит сжатие горючей смеси в рабочей полости 34 и в камере завихрения 39, а в нагнетательной полости 35 происходит разряжение, и через окно 64 из карбюратора в нее поступает горючая смесь, в нагнетательной полости 36 происходит сжатие горючей смеси, а затем через выемку 31 в ступице 30 ротора-поршня 7 и радиальный паз 44 она поступает в камеру завихрения 40, осуществляя продувку отработавших газов через отверстие 42 в рабочую полость 33 и окно 65 и заполнение полости свежим зарядом горючей смеси.
Воспламенение горючей смеси в камере завихрения 39 происходит в момент совпадения центрального электрода 46 свечи зажигания 38 с первым витком резьбы электрода 50 при повороте ротора-поршня 7 на угол . При работе двигателя для охлаждения корпуса 1 /фиг.1/, стержней 53, 54, обмоток 55, 56 и пластины 57 охлаждающая жидкость поступает через каналы 62, 63 в каналы 60, 61.
Для смазки и охлаждения ротора-поршня 7 /фиг.4/ смазочно-охлаждающая жидкость поступает в патрубок 82 через отверстия 80 в продольный канал 68 входного вала 8 и через отверстие 72 в сквозной радиальный канал 74, затем через продольные отверстия 76, 77 в радиальный канал 75 и через отверстие 73 в продольный канал 69 вала 8, а затем через отверстие 81 в патрубок 83.
При перестройке двигателя на иную марку топлива производят перестановку и фиксирование с помощью гаек 19 /фиг.3, 7/, пальца 23 в пазу 67 кривошипа 17 по шкале /не показана/, расположенной на этом кривошипе. Цифровая градуировка шкалы соответствует степени сжатия применяемых марок топлива.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем прост в изготовлении и эксплуатации и позволяет использовать его с различной номенклатурой топлива и в дизельном варианте. Кроме того, двигатель надежен при эксплуатации, позволяет увеличить КПД и обеспечить более эффективную работу.
1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой, ограниченной с торцов боковыми крышками, в которой расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с камерами завихрения, а на входном валу установлен ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками для перелива горючей смеси и, по меньшей мере, две лопасти, образующие с перегородками две рабочие и нагнетательные полости, связанные с корпусом свечи зажигания, окна впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов, размещенные на входном валу и роторе-поршне, смазочно-охлаждающие каналы, а также механизм привода ротора-поршня, установленный на двух параллельных валах и включающий кривошипно-шатунный механизм, отличающийся тем, что корпус двигателя выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания, причем в стержнях выполнены каналы для их охлаждения и обмоток, связанные с каналами подвода и отвода пластины, а в перегородках - радиальные пазы, имеющие выход в камеры завихрения, напротив которых расположены смотровые окна, выполненные на одной из боковых крышек корпуса, при этом в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу, выполнен паз, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, а свечи зажигания выполнены с центральными электродами, укреплены в перегородках корпуса и их электроды введены в камеры завихрения напротив резьбовых электродов, которые установлены на противоположных сторонах одной из лопастей ротора-поршня перпендикулярно ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания на высоте Н, определяемой из выражения
H=h+h2=h+L·tg,
где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти;
h2 - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода;
L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода;
- угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор-поршень выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус, крышки и входной вал из немагнитного материала, а корпусные детали, пластина и стержни из электротехнической стали.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что паз в кривошипе механизма привода ротора-поршня выполнен овальной формы и его длина l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол и определяется из выражения
где S – путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол , определяемый хордой;
R - радиус установки кривошипа на выходном валу;
d пал.кр - диаметр пальца кривошипа;
- угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения необходимого зазора “а” между резьбовыми и центральными электродами свечей зажигания установлены регулировочные кольца между корпусом и свечами зажигания.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем содержит корпус со свечами зажигания и как минимум с двумя радиальными перегородками, боковые крышки, как минимум двухлопастной ротор-поршень, а также выходной вращающийся вал. Ротор-поршень имеет ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов. Двигатель содержит стационарно установленную в центральных опорах боковых крышек опорную ось качающегося на ней ротора-поршня. В полости ротора-поршня размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с кулисным пазом. Кулисный паз расположен в области ступицы качающегося ротора-поршня и сопряжён подвижно с ползуном. Ползун качается на кривошипной шейке выходного вращающегося коленчатого вала. Выходной вал установлен в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно центральных опор боковых крышек в пределах качающегося ротора-поршня. Изобретение направлено на упрощение конструкции, снижение веса и повышение надежности двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к двигателям с качающимися рабочими органами, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении и авиации.
Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами, содержащий корпус с радиальными перегородками; кольцевые рабочие объёмы, ограниченные торцевыми крышками и оснащённые каналами для подвода рабочей смеси и отвода отработавших газов, снабжённый входным качающимся валом с жёстко закреплённым на нём ротором-поршнем и кинематически связанным с вращающимся выходным валом посредством кривошипно-шатунного механизма привода [см. патент ФРГ №3811760 С1 "Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем", МПК 7 F02В 53/00, F01С 9/00, 01.06.89 г.].
Недостатком данной конструкции двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем является недостаточная уравновешенность и неэффективность использования при малых рабочих объёмах.
Известен ДВС с качающимся ротором-поршнем, являющийся наиболее близким прототипом, содержащий корпус с боковыми крышками, радиальными перегородками, кольцевыми камерами нагнетателей и кольцевыми рабочими камерами сгорания с окнами для подвода горючей смеси, отвода отработавших газов и продувки кольцевых рабочих камер свежим зарядом. Лопастной ротор-поршень жёстко закреплён на входном качающемся валу, установленном в центральных подшипниковых опорах боковых крышек корпуса и кинематически связанном с вращающимся выходным валом кривошипно-шатунным механизмом привода [заявка ФРГ №3725277, МПК 7 F01С 9/00, F02В 53/00, 09.02.89 г.].
Недостатком данной конструкции двигателя является сложная конструкция механизма качающегося ротора-поршня, содержащая систему валов с шатунно-кривошипным механизмом привода, усложняющим его конструкцию, увеличивающим габариты, вес, снижающим надежность устройства и долговечность эксплуатации.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя, снижение веса и повышение надёжности эксплуатации.
Поставленная задача решается таким образом, что двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем выполнен содержащим корпус со свечами зажигания и как минимум с двумя радиальными перегородками, боковыми крышками, как минимум с двухлопастным ротором-поршнем, имеющим ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал. Согласно изобретению двигатель содержит стационарно установленную в центральных опорах боковых крышек опорную ось качающегося на ней ротора-поршня, в полости которого размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с кулисным пазом, расположенным в области ступицы качающегося ротора-поршня, сопряжённым подвижно с ползуном, качающимся на кривошипной шейке выходного вращающегося коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно центральных опор боковых крышек в пределах качающегося ротора-поршня.
На фиг. 1 изображён двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, вид спереди; на фиг. 2 - вид сбоку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, представленный на фиг. 1, 2, 3 и 4, содержит корпус 1 с боковыми крышками 2, четырьмя радиальными перегородками 3 и четырёхлопастным ротором-поршнем 4, качающимся на оси 5, установленной в центральных опорах 6 боковых крышек 2. Ротор-поршень 4 содержит лопасти нагнетания 7 и 8, расположенные в камерах нагнетателей 9, 10, 11 и 12, рабочие лопасти 13 и 14, расположенные в рабочих камерах сгорания 15, 16, 17 и 18 и ступицу 19 с размещённым в ней приводным кулисным пазом 20 и выемками 21. В полости ротора-поршня 4 размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с выходным вращающимся коленчатым валом 22, установленным в коренных подшипниковых опорах 23 боковых крышек 2 корпуса 1 (см. фиг. 3 и 4), смещённых относительно центральных подшипниковых опор 6 боковых крышек 2. На кривошипной шейке 24 выходного коленчатого вала 22 установлен качающийся ползун 25 (см. фиг. 3, 4), подвижно сопряжённый с кулисным пазом 20, расположенным в ступице 19 четырёхлопастного ротора-поршня 4. Выемки 21 ступицы 19 четырёхлопастного ротора-поршня 4 периодически образуют с радиальными перегородками 3 перепускные каналы 26, предназначенные для продувки рабочих камер 15, 16, 17 и 18 (см. фиг. 3). Цилиндрический корпус 1 снабжен верхним 27 и нижним 28 входными каналами для поступления в камеры нагнетателей 9, 10, 11 и 12 горючей смеси. Корпус 1 снабжён также выходными каналами 29 и 30 для выпуска из рабочих камер 15, 16, 17 и 18 отработавших газов. Рабочие камеры 15, 16, 17 и 18 снабжены свечами зажигания 31. Боковые крышки 2 крепятся к корпусу 1 с двух сторон шпильками 32 с гайками 33.
Работа двухтактного двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем заключается в следующем. За один оборот коленчатого вала 22 и два угловых колебания качающегося ротора-поршня 4 совершается рабочий цикл двигателя, т.е. рабочий ход, продувка рабочих камер 15, 16, 17 и 18 горючей смесью из камер нагнетателей 9, 10, 11 и 12, повторное их наполнение горючей смесью и сжатие. При запуске двигателя стартёром коленчатый вал 22 действует ползуном 25 кривошипной шейки 24 на кулисный паз 20 ротора-поршня 4 и заставляет его качаться на оси 5. Качаясь на оси 5, ротор-поршень 4 занимает поочерёдно крайние положения, границей которых являются н.м.т. и в.м.т. На фиг. 3 представлен разрез двигателя в положении рабочих органов, когда рабочая лопасть 13 ротора-поршня 4 находится в н.м.т., а лопасть 14 в в.м.т. При этом происходит открытие перепускных каналов 26, входных каналов 27 и 28 и выходных каналов 29 и 30. В рабочих камерах 15 и 16 начинается рабочий ход, а в рабочих камерах 17 и 18 заканчивается продувка и начинается сжатие рабочей смеси, а в камерах нагнетателей 11 и 12 заканчивается наполнение свежей горючей смесью. Затем цикл периодически повторяется.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус со свечами зажигания и минимум как с двумя радиальными перегородками, боковые крышки, минимум как двухлопастной ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал, отличающийся тем, что двигатель содержит стационарно установленную в центральных опорах боковых крышек опорную ось качающегося на ней ротора-поршня, в полости которого размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с кулисным пазом, расположенным в области ступицы качающегося ротора-поршня, сопряжённым подвижно с ползуном, качающимся на кривошипной шейке выходного вращающегося коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно центральных опор боковых крышек в пределах качающегося ротора-поршня.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами. Техническим результатом является уменьшение габаритов двигателя и улучшение организации рабочего процесса. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель с качающимся поршнем двойного действия содержит головку цилиндра, размещенную внутри рабочего объема цилиндра, корпус с рубашкой охлаждения, поршень с валом, выполненным с каналами для подачи топливно-воздушной смеси, газораспределительную камеру, золотниковые клапаны и крыльчатку. Согласно изобретению угол качания поршня составляет 280-320 градусов. Крыльчатка обеспечивает интенсивное перемешивание топливовоздушной смеси в газораспределительной камере. 4 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания с качающимся рабочим элементом.
Известен двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением поршня (авторское свидетельство СССР №1462007). В данном изобретении возможно улучшение экономичности двухтактного двигателя путем более полного использования объема рабочей камеры и улучшения качества продувки.
Недостатком известного двигателя является то, что двигатель работает в двухтактном режиме и не является двигателем двойного действия.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение габаритов двигателя и улучшение организации рабочего процесса.
Поставленная задача достигается тем, что в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания с качающимся поршнем двойного действия, содержащем головку цилиндра, размещенную внутри рабочего объема цилиндра, корпус с рубашкой охлаждения, поршень с валом, выполненным с каналами для подачи топливно-воздушной смеси, а также газораспределительную камеру, золотниковые клапаны и крыльчатку, согласно изобретению угол качания поршня составляет 280-320 градусов.
Заявленное изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 представлен заявленный двигатель.
На фиг.2 - продольный разрез двигателя на фиг.1 по камерам сгорания.
На фиг.3 - запорная втулка, позиция 28, на фиг.2.
На фиг.4 - то же, продольный разрез Б-Б на фиг.3.
Двигатель содержит корпус 1 с рубашкой водяного охлаждения 2. Внутри корпуса 1 размещен качающийся поршень 3, выполненный заодно со ступицей 4 и полым валом 5. Внутри вала 5 выполнены каналы 6 и 7, через которые подается топливно-воздушная смесь в рабочие полости 8 и 9, составляющие совместно полость 10 цилиндра. В полости 10 размещена головка 11 цилиндра, выполненная в виде кольцевого сектора и снабженная газоотводной трубкой 12 и золотниковым клапаном 13 для отвода отработавших газов. Головка 11 и поршень 3, в целях герметизации рабочих полостей, снабжены уплотнительными пластинами 14 и 15, подпружиненными эспандерами 16 (на чертеже изображены не все эспандеры). Топливно-воздушная смесь воспламеняется свечами зажигания 17 и 18. Полость 10 цилиндра изолирована от внешней среды кольцевыми уплотнителями 19, размещенными в пазах торцевых стенок корпуса 1. Вал установлен на подшипниках 20 и 21.
Соосно с корпусом 1 двигателя установлена газораспределительная камера 22, размещенная в корпусе 23. В камеру 22 подается топливно-воздушная смесь, состоящая из воздуха, очищенного воздухоочистителем 24, и перемешанная с топливом в карбюраторе 25. Смесь дополнительно перемешивается крыльчаткой 26, установленной на валу 5, и по пути, указанному стрелкой В, подается в рабочие полости 8 и 9 цилиндра через золотниковый клапан 27, снабженный запорной втулкой 28. Во втулке 28 выполнены отверстия 29, с помощью которых осуществляется сообщение камеры 22 через отверстия в корпусе 23 и отверстия 30 вала 5 с рабочими полостями 8 или 9. Запорная втулка 28 имеет привод отвала 5.
Двигатель работает по принципу четырехтактного двигателя двойного действия, так как в цилиндре одновременно реализуются два рабочих цикла: один в рабочей полости 8, другой - в рабочей полости 9.
Двигатель работает следующим образом. При движении поршня 3 по часовой стрелке от правой мертвой точки (ПМТ) до левой мертвой точки (ЛМТ), например, на угол 280-320 градусов, топливно-воздушная смесь из газораспределительной камеры В через золотниковый клапан 24 поступает в рабочую полость А. При этом клапан 24 открыт при совпадении отверстий М, N и G соответственно в корпусе 20, втулке 25 и вале 5. При последующем движении поршня 3 от ЛМТ к ПМТ в полости А осуществляется сжатие поступившей в нее смеси. При этом в конце такта впуска или в начале сжатия запорная втулка 25 с помощью выступа вала 5 поворачивается и перекрывает отверстия М, N и G, которые остаются закрытыми в течение последующих трех тактов. При достижении поршнем 3 ПМТ смесь воспламеняется от искры свечи зажигания 15, и поршень 3 под давлением расширяющихся газов начинает движение к ЛМТ. При движении поршня 3 от ЛМТ к ПМТ осуществляется очистка рабочей полости А цилиндра от продуктов сгорания через золотниковый клапан 11 и газоотводную трубку 10. В конце такта выпуска отверстия М, N и G открываются для повторного цикла. Параллельно аналогичный рабочий процесс осуществляется и в рабочей полости Б.
Формула изобретения
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем двойного действия, содержащий головку цилиндра, размещенную внутри рабочего объема цилиндра, корпус с рубашкой охлаждения, поршень с валом, выполненным с каналами для подачи топливно-воздушной смеси, газораспределительную камеру, золотниковые клапаны, крыльчатку, отличающийся тем, что угол качания поршня составляет 280-320°.
РИСУНКИ
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.06.2009
Извещение опубликовано: 27.06.2009 БИ: 18/2009
Похожие патенты:
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторных двигателях внутреннего сгорания
Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям
Изобретение относится к двигателям или машинам с внутренним сгоранием топлива и может быть использовано для привода транспортных средств, а также станков, механизмов и им подобных устройств
Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания для использования, преимущественно, в автомобильной и тракторной технике
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания с качательным движением рабочих органов
Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания
Изобретение относится к машиностроению, в частности, к объемным роторным машинам с вращающимися рабочими органами и может быть использовано в насосах, турбинах, в измерительной технике, например расходомерах, дозиметрах
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами
www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус как минимум с двумя радиальными перегородками и со свечами зажигания, боковые крышки, как минимум двухлопастной ротор-поршень, выходной вал. Ротор-поршень имеет ступицу с выемками. Выемки образуют с перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания. Двигатель содержит соосно расположенные в ряд как минимум один дополнительный корпус с промежуточной боковой крышкой и качающимся ротором-поршнем, а также стационарно установленную в центральных опорах боковых и промежуточных крышек опорную ось с качающимися на ней роторами-поршнями. В полости роторов-поршней размещены устройства кривошипно-кулисных механизмов. Кулисные пазы расположены в области ступиц роторов-поршней и сопряжены подвижно с ползунами. Ползуны качаются на кривошипных шейках выходного как минимум двухкривошипного коленчатого вала. Коленчатый вал установлен в коренных подшипниковых опорах боковых и промежуточных крышек. Коренные опоры смещены относительно центральных опор в пределах роторов-поршней. Изобретение направлено на упрощение конструкции, снижение веса и габаритов, а также повышение уравновешенности двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к двигателям с качающимися рабочими органами, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении и авиации.
Известны двигатели внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами, содержащие корпус с радиальными перегородками, кольцевые рабочие объёмы, ограниченные торцевыми крышками и оснащённые каналами для подвода рабочей смеси и отвода отработавших газов, снабжённые входным качающимся валом с жёстко закреплённым на нём ротором-поршнем, кинематически связанным с вращающимся выходным валом посредством механизма привода [см. а.с. СССР №1442683 «Роторный двигатель внутреннего сгорания», МПК7 F02В 53/00 и заявка ФРГ №3725277, МПК7 F01С 9/00, F02В 53/00].
К недостаткам двигателей внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами относятся сложность и громоздкость их конструкции, обусловленная ограниченной надёжностью в эксплуатации.
Известен ДВС с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус с боковыми крышками, радиальными перегородками, камерами нагнетателей и рабочими камерами сгорания, с окнами для подвода горючей смеси, отвода отработавших газов и продувки рабочих камер свежим зарядом. Лопастной ротор-поршень жёстко закреплён на входном качающемся валу, установленном в центральных подшипниковых опорах боковых крышек корпуса и кинематически связанном с вращающимся выходным валом кривошипно-шатунным механизмом [Патент RU № 2249701 С1, МПК7 F01С 9/00 «ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМСЯ РОТОРОМ - ПОРШНЕМ»].
Недостатком данной конструкции двигателя является сложность устройства качающегося ротора-поршня, содержащего систему валов с шатунно-кривошипным механизмом и обладающего значительной сложностью, большими габаритами, весом, и низкой уравновешенностью, что приводит к снижению надежности и долговечности двигателя при его эксплуатации.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя, снижение его веса, габаритов и обеспечение полной уравновешенности.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус как минимум с двумя радиальными перегородками и со свечами зажигания, боковые крышки, как минимум двухлопастной качающийся ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями качающегося ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал. Согласно изобретению двигатель содержит соосно расположенные в ряд как минимум один дополнительный корпус с промежуточной боковой крышкой и качающимся ротором-поршнем, а также стационарно установленную в центральных опорах боковых и промежуточных крышек опорную ось с качающимися на ней как минимум двумя качающимися роторами-поршнями, в полости которых размещены устройства кривошипно-кулисных механизмов с кулисными пазами, расположенными в области ступиц качающихся роторов-поршней, при этом кулисные пазы качающихся роторов-поршней сопряжены подвижно с ползунами, качающимися на кривошипных шейках выходного вращающегося как минимум двухкривошипного коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах боковых и промежуточных крышек, смещённых относительно их центральных опор в пределах качающихся роторов-поршней.
На Фиг. 1, 2, 3 и 4 представлена конструкция двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем. На Фиг. 1 и 2 представлены виды спереди и сбоку. На Фиг. 3 и 4 поперечный А-А и продольный В-В разрезы.
Двигатель содержит четыре рядно расположенных корпуса 1 с двумя радиальными перегородками 2, свечами зажигания 3, окнами 4, 5 для впуска рабочей смеси и окнами 6 для выпуска отработавших газов. Двигатель также содержит две боковые крышки 7 и три промежуточные боковые крышки 7а. Корпуса 1, боковые крышки 7 и промежуточные крышки 7а жестко соединены между собою посредством шпилек 8. Боковые крышки 7 и промежуточные боковые крышки 7а содержат центральные опоры 9 и смещённые относительно них коренные подшипниковые опоры 10. В корпусах 1 с двумя радиальными перегородками размещены двухлопастные качающиеся роторы-поршни 12 двухсторонней работы, шарнирно опирающиеся своими ступицами 13 на опорную ось 14, стационарно установленную в центральных опорах 9 боковых крышек 7 и промежуточных боковых крышек 7а. Двухлопастные качающиеся роторы-поршни 12 в области ступиц 13 содержат кулисные пазы 15. В коренных подшипниковых опорах 10 боковых крышек 7 и промежуточных крышек 7а установлен выходной вращающийся четырехкривошипный коленчатый вал 16, на кривошипных шейках 17 которого установлены качающиеся ползуны 18, подвижно сопряжённые с кулисными пазами 15 качающихся роторов-поршней 12, образуя кривошипно-кулисные механизмы. Четырёхкорпусная конструкция двигателя с четырьмя качающимися роторами-поршнями 12 с четырехкривошипным коленчатым валом 16 является абсолютно уравновешенной. Для упрощения сборки двигателя двухлопастные качающиеся роторы-поршни 12 и ползуны 18 выполнены разъёмными (не показано). Как следует из Фиг. 4, каждый корпус 1 содержит две рабочих камеры сгорания 19, 20 и камеры нагнетателей 21 и 22. Каждый качающийся ротор-поршень 12 содержит рабочую лопасть С и вспомогательную лопасть Д. Рабочая лопасть С является общей для рабочих камер сгорания 19 и 20, а вспомогательная лопасть Д - общей для камер нагнетателей 21 и 22.
Работа предлагаемой конструкции двигателя по двухтактному циклу заключается в следующем. В двигателе (см. Фиг. 1-.4), содержащем корпуса 1 с двумя рабочими камерами сгорания 19, 20 и двумя камерами нагнетателей 21, 22 , протекают процессы в следующем порядке. Рабочие процессы в рабочих камерах сгорания 19, 20 смещены относительно друг друга на пол-оборота (180°) вращающегося кривошипного коленчатого вала 16. Полный рабочий цикл в каждой отдельно взятой рабочей камере 19, 20 происходит за один оборот коленчатого вала 16. При этом в каждой рабочей камере сгорания совершаются процессы рабочего хода, продувки, повторного наполнения их рабочей смесью и сжатия. На Фиг.4 зафиксировано положение лопастей С и Д качающегося ротора-поршня 12 в камерах нагнетателей 21, 22 и рабочих камерах сгорания 19, 20 корпуса 1. При движении (качании) вспомогательной лопасти Д рабочего ротора-поршня 12 (см. разрез В-В на Фиг.4 третьего корпуса 1) в неполное крайнее левое положение [кривошипы коленчатого вала 16 ещё не достигли в.м.т. и н.м.т.] в камере нагнетателя 22 образовалось разрежение, благодаря которому через открытые окна 5 произойдёт впуск рабочей смеси, засасываемой через карбюратор (не показан) в полость камеры нагнетателя 22. В это время в рабочей камере сгорания 20 с рабочей лопастью С готовится воспламенение рабочей смеси от свечи 3 с дальнейшим её расширением во время рабочего хода. Впускное окно 4 закрыто. В камере нагнетателя 21 заканчивается вытеснение сжатой рабочей смеси для продувки и наполнения ею рабочей камеры сгорания 19 в конце рабочего хода с последующим выпуском отработавших газов через выпускное окно 6 в атмосферу. Когда вспомогательная лопасть Д займёт крайнее левое положение в камере нагнетателя 21, через открытое впускное окно 5 произойдёт впуск топливовоздушной смеси в камеру нагнетания 22 для сжатия, продувки и наполнения ею камеры сгорания 20 в конце рабочего хода. После этого откроется выпускное окно 6 и произойдёт выпуск отработавших газов из камеры сгорания 20 в атмосферу. Во втором и четвёртом корпусах 1 двигателя смещены качающиеся роторы-поршни 12 на величину угла их качания по отношению к роторам-поршням первого и третьего корпусов. Затем двухтактный цикл во всех рабочих камерах сгорания двигателя повторится.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус как минимум с двумя радиальными перегородками и со свечами зажигания, боковые крышки, как минимум двухлопастной ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал, отличающийся тем, что двигатель содержит соосно расположенные в ряд как минимум один дополнительный корпус с промежуточной боковой крышкой и качающимся ротором-поршнем, а также стационарно установленную в центральных опорах боковых и промежуточных крышек опорную ось с качающимися на ней как минимум двумя качающимися роторами-поршнями, в полости которых размещены устройства кривошипно-кулисных механизмов с кулисными пазами, расположенными в области ступиц качающихся роторов-поршней, при этом кулисные пазы качающихся роторов-поршней сопряжены подвижно с ползунами, качающимися на кривошипных шейках выходного вращающегося как минимум двухкривошипного коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах боковых и промежуточных крышек, смещенных относительно их центральных опор в пределах качающихся роторов-поршней.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к дизельным двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с двумя камерами сгорания, снабженными крышками с ребрами жесткости. В центре корпуса установлен пустотелый вал, закрепленный на подшипниках, размещенных по центрам крышек и в стенке картера. На пустотелом валу жестко оппозитно закреплены два поршня прямоугольной формы. По периметру поршни уплотнены лабиринтом. Камеры сгорания двухсторонние, так как снабжены клапанами впуска, выпуска и форсунками, расположенными между клапанами с обеих сторон. В полостях между крышками, корпусом и камерами сгорания размещены газораспределительные валики, получающие вращение от шестерни, сидящей на коленчатом валу. На вал через шлицевое соединение закреплен рычаг с шатуном, связанным с коленчатым валом. Для стыковки модулей внутри полого вала выполнены шлицы. В предлагаемой конструкции две камеры сгорания соответствуют четырехцилиндровому двигателю. Изобретение позволяет резко сократить количество подвижных деталей и их массу, массу и объем двигателя уменьшить в 2,5 раза, уменьшить трение, соответственно уменьшить потери мощности на перемещение подвижных деталей, исключить износ цилиндров, упростить конструкцию. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к дизельным двигателям внутреннего сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, расположенными на двух валах, поршни идут навстречу друг другу и качаются в противоположных направлениях (заявка ФРГ N 3900375, кл. F 02 B 57/00, опубл. 27.09.89). Однако наличие двух валов значительно осложняет конструкцию. Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с системой торцевых и радиальных уплотнений, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, и механизм преобразования колебательного движения во вращательное (патент РФ N 2079680, кл. F 02 B 53/00, опубл. БИ N 14, 1997). К недостаткам данного двигателя следует отнести конструктивную сложность механизма преобразования колебательного движения во вращательное, что приводит к большой вероятности неисправностей и поломок, а наличие только одного поршня уменьшает мощность двигателя. Наиболее близким по количеству существенных признаков и достигаемому результату к заявляемому изобретению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус с кольцевой камерой сгорания, поршень с валом с уплотнением, совершающий колебательные движения в камере, рычаг, посаженный на вал и связанный через шатун с коленчатым валом (патент ФРГ N 3811760, кл. F 02 B 53/00, F 01 C 9/00, опубл. 01.06.89). Недостатком данного изобретения является то, что поршень занимает значительную часть объема камеры сгорания двигателя и не позволяет разместить второй поршень. Кроме того, поршень качается на угол больше 90 градусов, что приводит к значительным потерям при передаче усилий на коленчатый вал за счет разложения сил на составляющие. Задача решаемая изобретением - упростить конструкцию, уменьшить габариты и массу двигателя и одновременно увеличить его эффективность. Поставленная задача решается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащем корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с уплотнением, совершающим колебательные движения в кольцевой камере, рычаг, посаженный на вал и связанный через шатун с коленчатым валом, согласно изобретению двигатель дополнительно снабжен вторым поршнем, при этом поршни выполнены в виде двух оппозитно расположенных призм, посаженных на вал, а камеры сгорания снабжены форсунками, впускными и выпускными клапанами с двух сторон. Уплотнения между поршнями и валом выполнены лабиринтными. Использование лабиринтного уплотнения приводит к отсутствию трения между поршнями и стенками корпуса двигателя. По сравнению с обычными двигателями отпадает необходимость смазывания поршней, масло не будет сгорать в цилиндрах, уменьшится его расход и количество выделяемых токсичных газов. Система смазки существенно упростится и количество масла в картере также уменьшится в несколько раз. Внутри вала с противоположной стороны от рычага выполнены шлицы. Выполнение шлицов позволяет состыковать два модуля двигателя вместе, при этом второй модуль необходимо взять без картера и рычага. В двигателе внутреннего сгорания длина шатуна равна двум радиусам рычага. При таком соотношении длин шатуна и радиуса рычага обеспечивается передача силы поршня на коленчатый вал с меньшими потерями. На фиг. 1 представлена схема заявляемого двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - разрез двигателя по оси; на фиг. 3 - схема передачи силы от поршня на коленчатый вал в заявляемом двигателе. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с камерами сгорания 2, снабженными крышками 3 с ребрами жесткости 4. В центре корпуса 1 установлен пустотелый вал 5, закрепленный на подшипниках 6, размещенных по центрам крышек 3 и в стенке картера 7. На пустотелом валу 5 жестко оппозитно закреплены два поршня 8 прямоугольной формы. По периметру поршни 8 уплотнены лабиринтом 9. Между корпусом 1, крышками 3 и валом 5 расположены две камеры сгорания 2. Камеры сгорания 2, двухсторонние, так как снабжены клапанами впуска 10, выпуска и форсунками, расположенными между клапанами с обеих сторон (клапаны выпуска и форсунки на фиг. не обозначен). В полостях между крышками 3, корпусом 1 и камерами сгорания 2 размещены газораспределительные валики 11, получающие вращение от шестерни 12, сидящей на коленчатом валу 13. На вал 5 через шлицевое соединение 14 закреплен рычаг 15 с шатуном 16, связанным с коленчатым валом 13. Для стыковки модулей внутри полого вала 5 выполнены шлицы 17. Рабочий процесс в двигателе протекает в следующем порядке. Поршни 8 с валом 5 совершают колебательные движения на угол 60 градусов от левой мертвой точки до правой и обратно. Вал 5 поворачивается на подшипниках 6, которые установлены по центрам крышек 3 и в стенке картера 7, рычаг 15, посаженный на вал 5 через шлицевое соединение 14, также поворачивается на угол 60 градусов. Движение рычага 15 через шатун 16 передается на коленчатый вал 13. При повороте нижнего поршня 8 вправо в камеру сгорания 2 с левой стороны поступает через клапан впуска 10 воздух, при обратном движении поршня 8 воздух сжимается и в этот момент через форсунку подается распыленное топливо, в левой половине камеры сгорания начинается рабочий ход, соответственно через рычаг 15 и шатун 16 движение передается коленчатому валу 13. В правой половине нижней камеры сгорания 2 в этот момент происходит выпуска воздуха, а в правой половине верхней камеры сгорания 2 будет происходить цикл сжатия. В левую половину верхней камеры сгорания 2 впрыскивают топливо и в ней начинается рабочий ход. Рычаг совершает возвратно-поступательное движение на угол 60 градусов от точки a до точки e. На фиг. 3 показана схема передачи силы от поршня (рычага) к коленчатому валу. При прямом ходе, когда рычаг проходит точку "b" - передача силы будет почти без разложения на составляющие. При обратном ходе подобная картина наблюдается в точке "f". При прямом ходе передача силы будет выгоднее до точки "c", при обратном ходе до точки "q". Точки "c" и "q" совпадают. Это происходит благодаря тому, что поршень и рычаг при движении описывают дугу. Наилучший результат получится при длине шатуна, равной двум радиусам рычага. В точке "c" передача силы будет как у обычного двигателя. Заявляемый двигатель внутреннего сгорания конструктивно очень прост, имеет два поршня, следовательно, превосходит по мощности прототип. В предлагаемой конструкции две камеры сгорания соответствуют четырехцилиндровому двигателю. Вместо четырех поршней только два. Вместо четырех шатунов нужен только один. И коленчатый вал всего с одной шатунной шейкой. Благодаря этому резко сокращается количество подвижных деталей и их масса, масса и объем двигателя уменьшается в 2,5 раза. Уменьшается трение. Соответственно уменьшаются потери мощности на перемещение подвижных деталей. Не будет износа цилиндра, так отсутствует трение между поршнями и цининдрами. Кроме вышеизложенного, предлагаемая конструкция значительно проще по устройству, а значит дешевле в производстве, что упростит процесс эксплуатации и ремонта. На одно изделие металла потребуется в 2,5 - 3 раза меньше, а значит выигрывает и экология.Формула изобретения
1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с уплотнением, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, рычаг, посаженный на вал и связанный через шатун с коленчатым валом, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вторым поршнем, при этом поршни выполнены в виде двух оппозитно расположенных призм, посаженных на вал, а камеры сгорания снабжены форсунками, впускными и выпускными клапанами с двух сторон. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено лабиринтным. 3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри вала с противоположной стороны от рычага выполнены шлицы.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
Использование: изобретение относится к двигателестроению, в частности, к двигателям внутреннего сгорания с качающимся поршнем. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем содержит корпус с кольцевой камерой, поршень с валом, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, и механизм преобразования колебательного движения во вращательное, причем между поршнем и механизмом преобразования колебательного движения во вращательное последовательно установлены механизм для выравнивания скорости колебательного движения, упругая муфта и вариатор колебательного движения, а механизм преобразования колебательного движения во вращательное выполнен в виде трехзвенной зубчатой конической передачи, две шестерни которой снабжены муфтами свободного хода. Уплотнения поршня выполнены бесконтактными в виде глухих отверстий. Встроенный вариатор колебательного движения выполняет функции коробки перемены передач и муфты сцепления. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к двигателям внутреннего сгорания с качающимся поршнем.
Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус и поршень с валом, кинематически связанный с выходным валом с помощью механизма преобразования колебательного движения во вращательное [1] Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, кольцевую камеру, поршень с валом с системой торцовых и радиальных уплотнений, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, и механизм преобразования колебательного движения во вращательное [2] Недостатком известных двигателей является наличие сложного кривошипно-шатунного механизма преобразования колебательного движения поршня во вращательное движение выходного вала. Такие двигатели имеют сравнительно большие габариты и массу из-за необходимости размещения кривошипно-шатунных механизмов, детали которых испытывают большие нагрузки. Более того, при наличии жесткой кинематической связи между качающимся поршнем и кривошипно-шатунным механизмом с уменьшением частоты вращения выходного вала мощность двигателя падает. Это приводит к необходимости использования коробки перемены передач или вариатора вращательного движения, что также увеличивает габариты, массу и стоимость двигателя. За прототип принят ДВС с качающимся поршнем. Данный двигатель содержит корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с системой торцевых и радиальных уплотнений, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, и механизм преобразования колебательного движения во вращательное, выполненный в виде трехзвенной зубчатой конической передачи, две шестерни которой снабжены муфтами свободного хода [3] В основу настоящего изобретения поставлена задача создание такого двигателя внутреннего сгорания, конструкция которого обеспечила бы малые габариты и массу, плавное изменение частоты вращения выходного вала при постоянной частоте колебания поршня, автоматическое регулирования степени сжатия в зависимости от применяемого топлива и нагрузки, а также существенно уменьшило потери и износ основных деталей двигателя. Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с системой торцовых и радиальных уплотнений, совершающих колебательные движения в кольцевой камере, и механизм преобразования колебательного движения во вращательное, дополнительно предусмотрены механизм для выравнивания скорости колебательного движения, упругая муфта и вариатор колебательного движения, последовательно установленные между поршнем и механизмом преобразования колебательного движения во вращательное, а последний выполнен в виде зубчатой конической трехзвенной передачи, две шестерни которой снабжены муфтами свободного хода. Торцовые и радиальные уплотнения поршня выполнены бесконтактными в виде глухих отверстий. В последующем изобретение поясняется описанием примера его выполнения со ссылкой на чертежи, где фиг. 1 продольный разрез двигателя; фиг. 2 разрез по корпусу и поршню, разрез А-А на фиг. 1; фиг. 3 механизм для выравнивания скорости колебательного движения, разрез Б-Б на фиг. 1; фиг. 4 вариатор колебательного движения; фиг. 5 механизм преобразования колебательного движения во вращательное, разрез В-В на фиг. 1. В соответствии с фиг. 1 двигатель содержит корпус 1, кольцевую камеру 2, поршень 3, механизм для выравнивания скорости колебательного движения 4, упругую муфту 5, вариатор колебательного движения 6 и механизм преобразования колебательного движения во вращательное 7. Поршень установлен в корпусе с возможностью колебательного движения с помощью радиально-упорных подшипников качения, наружные обоймы которых закреплены в корпусе двигателя. Конец вала поршня соединен с помощью конического соединения с внутренней вилкой механизма для выравнивания скорости колебательного движения и далее через указанный механизм с внутренней обоймой упругой муфты. Наружная обойма упругой муфты связана с входным фланцем вариатора колебательного движения, на выходном валу которого закреплен фланец для присоединения механизма преобразования колебательного движения во вращательное. Как показано на фиг. 2, в кольцевой камере 2 корпуса 1 расположены камеры предварительного сжатия 8, 9 и рабочие полости 10, 11. По внутреннему диаметру рабочих полостей 10, 11 на боковых поверхностях поршня 3 предусмотрен продувочный канал 12. В свободном конце вала поршня выполнен впускной воздушный патрубок 13. В верхней части корпуса имеется выпускной канал 14, а в нижней части корпуса перепускная полость 15 для соединения внутреннего объема поршня с камерами предварительного сжатия 8, 9. На торцовых поверхностях поршня, а также на поверхностях наибольшего диаметра поршня, примыкающий к корпусу, выполнены бесконтактные уплотнения 16 в виде глухих отверстий. В связи с тем, что рабочая температура поршня превышает рабочую температуру корпуса, для обеспечения постоянства зазоров поршень выполнен из стали, а корпус из алюминиевого сплава, причем отношение коэффициентов температурного расширения материалов поршня и корпуса находятся в пределах 0,35 0,75. Двигатель работает следующим образом. При движении поршня 3 против часовой стрелки (фиг. 2) в камере предварительного сжатия 8 происходит разрежение. Затем через перепускную полость 15 объем камеры предварительного сжатия 8 соединяется через внутренний объем поршня с впускным воздушным патрубком 13 и камерой предварительного сжатия 8 заполняется воздухом либо топливовоздушной смесью. При движении поршня 3 по часовой стрелке прекращается доступ воздуха из атмосферы в камеру предварительного сжатия 8 и происходит сжатие воздуха либо топливовоздушной смеси, после чего через продувочный канал 12 сжатый воздух либо топливовоздушная смесь поступает в рабочую полость 10, производят продувку выпускной канал 14 и заполнение этой полости свежим воздухом либо топливовоздушной смесью. При последующем движении поршня против часовой стрелки полости 10 происходит сжатие и воспламенение топливовоздушной смеси от сжатия либо за счет внешнего зажигания. Импульс давления в рабочей полости 10 останавливает движение поршня против часовой стрелки и направляет его в обратную сторону. При этом открывается выпускной канал 14 в корпусе 1 для выхода отработавших газов из рабочей полости 10. Далее происходит открытие продувочного канала 12 и сжатый воздух из камеры предварительного сжатия 8 производит продувку в выпускной канал 14 и заполнение рабочей полости 10 свежим воздухом. Аналогичные процессы в камере предварительного сжатия 9 и рабочей полости 11 смещены во времени на 1/2 цикла. При воспламенении топливовоздушной смеси в рабочей полости возникает сила, толкающая поршень в другое крайнее положение. Однако, пройдя определенное расстояние, поршень теряет скорость, так как завершается процесс сгорания топливовоздушной смеси. В этом случае инерции поршня недостаточно для того, чтобы обеспечить сжатие рабочей смеси в другом крайнем положении, особенно при больших нагрузках. С этой целью предусмотрен механизм для выравнивания скорости колебательного движения /фиг. 3/, содержащий обойму 17, 18 и расположенные между ними пружины 19. При перемещении поршня из одного крайнего положения в другое обоймы 17, 18 давят на пружины 19 и сжимают их. При прохождении поршня через точку максимального сжатия пружин происходит разжатие пружин и передача накопленной энергии поршню, который с увеличивающейся скоростью перемещается в крайнее положение, обеспечивая необходимую степень сжатия топливовоздушной смеси. Механизм для выравнивания скорости колебательного движения 4 соединен с упругой муфтой 5, предназначенной для согласования неравномерности угловой скорости и крутящего момента поршня с равномерным вращением выходного вала двигателя. С упругой муфтой 5 связан входной фланец вариатора колебательного движения 6, предназначенного для бесступенчатого регулирования скорости колебательного движения и крутящего момента. Согласно фиг. 4 вариатор состоит из ведущего вала 20, подвижного 21 и неподвижного 22 дисков, промежуточного диска 23, установленного с возможностью перемещения в осевом направлении между подвижным 21 и неподвижном 22 дисками, и стержней 24, симметрично расположенных по окружности. Колебательное движение поршня передается на ведущий вал 20 вариатора. При этом подвижный диск 21, связанный с ведущим валом 20 через упругую муфту 5, поворачивается на определенный угол, вызывая угловое перемещение стержней 24 относительно неподвижного диска 22. При перемещении промежуточного диска 23 к подвижному диску 21 обеспечивается максимальная амплитуда колебаний и наименьший крутящий момент. При перемещении промежуточного диска 23 к неподвижному диску 22 амплитуда колебаний уменьшается, а крутящий момент увеличивается. При прижатии промежуточного диска 23 к неподвижному диску 22 амплитуда колебаний становится равной 0, в результате чего происходит отключение кинематической связи, исключающей необходимость применения муфты сцепления. Выходной вал вариатора колебательного движения, связанный с промежуточным диском 23, является ведущим валом механизма преобразования колебательного движения во вращательное. Механизм преобразования, изображенный на фиг. 5, включает ведущий вал 25, который охватывают две муфты свободного хода 26, 27. На внешних обоймах муфт свободного хода установлены две конические шестерни 28, 29, находящиеся в постоянном зацеплении с третьей конической шестерней 30, которая соединена с выходным валом двигателя. При движении поршня в одном направлении включается одна муфта свободного хода, в то время как другая муфта свободного хода выключена. Вращение ведущего вала 25 передается через коническую шестерню 28 на коническую шестерню 30. При обратном движении ведущего вала 25 вращение передается через коническую шестерню 29. Так как направление вращение конических шестерен 28 и 29 противоположно друг другу и конические шестерни 28 и 29 сцеплены с противоположными участками конической шестерни 30, направление вращения конической шестерни 30 остается постоянным. Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания имеет следующие преимущества: автоматическое регулирование степени сжатия, обеспечивающее повышение экономичности, многотопливность и снижение токсичности выхлопных газов уменьшение потерь на трение и износ основных деталей двигателя за счет применения бесконтактных уплотнений наличие встроенного вариатора колебательного движения, выполняющего функции коробки перемены передачи и муфты сцепления уменьшение габаритов и массы двигателя.Формула изобретения
1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с системой торцовых и радиальных уплотнений, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, и механизм преобразования колебательного движения во вращательное, выполненный в виде трехзвенной зубчатой конической передачи, две шестерни которой снабжены муфтами свободного хода, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен механизмом для выравнивания скорости колебательного движения, упругой муфтой и вариатором колебательного движения, последовательно установленными между поршнем и механизмом преобразования колебательного движения во вращательное. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что торцовые и радиальные уплотнения поршня выполнены бесконтактными в виде глухих отверстий. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень выполнен из стали, а корпус из алюминиевого сплава, причем отношение коэффициентов температурного расширения материалов поршня и корпуса находится в пределах 0,35 0,75.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5www.findpatent.ru
Использование: изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям двигателей внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем содержит корпус 1, жестко связанную с ним радиальную перегородку 2, ось, установленную в корпусе, ступицу, расположенную на оси и жестко связанную с концами рабочего 6 и компрессорного 7 поршней, размещенных в корпусе с образованием по обе стороны перегородки рабочей 8 и нагнетательной 9 полостей переменного объема и связанных между собой при помощи перепускного канала 10, коленчатый вал 13, шатун 14, дугообразную перегородку 11, жестко связанную с периферийными частями поршней, в которой выполнен продувочный канал 10, соединяющий рабочую и нагнетательную полости во время продувки с верхней зоной камеры сгорания. Дугообразная перегородка имеет периферийные выступы с целью образования между ними продувочного канала. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции двигателей внутреннего сгорания, предназначенных преимущественно для автомототранспорта, сельхозмашин и других передвижных и стационарных силовых установок, используемых в народном хозяйстве.
Наиболее близким к изобретению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который имеет корпус, в нем встроенный цилиндр, служащий для принудительного нагнетания топлива в два силовых цилиндра, таким образом, что основание двигателя используется только для смазочных целей, три цилиндра закреплены по дуге вокруг общей оси, на которой установлены три поршня, поршень насоса и два силовых поршня, которые совместно совершают возвратно-поступательные колебания вокруг оси, входные отверстия или клапаны служат для соединения выходных концов двойного нагнетательного насоса с двумя силовыми цилиндрами, имеет кривошипно-шатунный механизм. Указанный выше двухтактный двигатель внутреннего сгорания имеет существенные недостатки в сравнении с предлагаемым, а именно: Вариант первый этого двигателя имеет входные и выходные окна, расположенные в нижней части силовых цилиндров. Это ведет к потере рабочего тела во время продувки до 30% с одновременным ухудшением очистки цилиндров от отработанных газов. Вариант второй. Для осуществления продувки рабочего цилиндра рабочим телом сверху вниз вдоль цилиндра двигатель имеет перепускные клапаны из нагнетательного цилиндра в силовой, расположенные в перегородках и обеспеченные пружинами. Применение указанных клапанов приводит двигатель к недееспособности в силу того, что усилие клапанной пружины должно обеспечивать надежное закрытие перепускного клапана во избежание его прогорания, в то время как сила избыточного давления в нагнетательном цилиндре недостаточна для его открытия. Вариант третий. Двигатель имеет газораспределительный механизм по типу четырехтактного двигателя. Это другое техническое решение. В предлагаемом двигателе отсутствует газораспределительный механизм. Вариант четвертый. Отличие по данному варианту прототипа перед предлагаемым заключается в том, что продувка силового цилиндра осуществляется за счет входных пластин, которые проходят через цилиндры вдоль внутренних поверхностей боковых стенок корпуса. Пластины способны скользить мимо ребер головок цилиндров и концентрически цилиндрических плоскостей, пластины ограничиваются (предохранены) своими противоположными концами силовыми поршнями. Пластины имеют удлиненные отверстия, через которые осуществляется продувка силовых цилиндров. Как видно из вышеизложенного, продувка сверху вниз по цилиндру решается совсем другим техническим решением, которое имеет существенные недостатки, оставляя эту идею практически невыполнимой, а именно: потому что пластины с тремя поршнями, скользящими между стенками корпуса, между головок цилиндров и концентрически цилиндрических плоскостей, имеют большую массу и очень большую площадь трения, что приведет к отрицательному эффекту. Невозможно представить систему уплотнений, обеспечивающих надежное уплотнение как со стороны стенок корпуса, перепускных окон, головки цилиндров, так и концентрически цилиндрических плоскостей, а также трудно представить как удерживается в одной точке головка цилиндров и концентрически цилиндрические плоскости как высоко нагруженные детали. Целью изобретения является повышение эффективности двигателя. Указанная цель достигается тем, что предлагаемый двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем содержит корпус, жестко связанную с ним радиальную перегородку, крышку, ось, установленную в корпусе, ступицу, расположенную на оси и жестко связанную с концами рабочего и компрессорного поршней, размещенных в корпусе с образованием по обе стороны перегородки рабочей и нагнетательной полостей переменного объема и связанных между собой при помощи перепускного канала, дугообразную перегородку, жестко связывающую периферийные части поршней, а между дугообразной и радиальной перегородками образован перепускной канал, коленчатый вал, связанный с поршнем при помощи шатуна. Отличительными признаками в предлагаемом двухтактном двигателе внутреннего сгорания с качающимся поршнем является то, что он имеет дугообразную перегородку, жестко закрепленную с периферийными частями рабочего и компрессорного поршней. Дугообразная перегородка имеет периферийные выступы, направленные внутрь камер, образует перепускной канал, расположенный между дугообразной и радиальной перегородками, связывающий рабочую и нагнетательную полости. При качательном движении поршней между дугообразной и радиальной перегородками в верхней зоне камеры сгорания образуется перепускное окно, через которое по перепускному каналу из нагнетательной полости в рабочую подается рабочее тело или воздух. Таким образом обеспечивается продувка сверху вниз вдоль рабочей полости, улучшая очистку полости от отработанных газов и экономя при этом топливо до 15-20% . На фиг. 1 показан торцевой разрез двигателя; на фиг. 2 - общий вид двигателя, разрез. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем содержит корпус 1, жестко связанную с ним радиальную перегородку 2, крышку 3, ось 4, установленную в корпусе 1, ступицу 5, расположенную на оси 4 и жестко связанную с концами рабочего 6 и компрессорного 7 поршней, размещенных в корпусе 1 с образованием по обе стороны перегородки 2 рабочей 8 и нагнетательной 9 полостей переменного объема и связанных между собой при помощи перепускного канала 10, дугообразную перегородку 11, жестко связывающую периферийные части поршней рабочего 6 и компрессорного 7, при это дугообразная перегородка 11 выполнена с периферийными выступами 12, направленными внутрь камер 8 и 9, между которыми расположен перепускной канал 10, коленчатый вал 13, связанный с поршнями 6 и 7 с помощью шатуна 14. В верхней части радиальной перегородки имеется паз 15, через который в момент продувки входит рабочее тело в камеру сгорания рабочей полости 7 из нагнетательной камеры 9 по перепускному каналу 10, и сверху вниз по полости 9 осуществляется продувка через выходное окно 16, этим самым достигается лучшая очистка от отработанных газов и уменьшение потерь рабочего тела на 15-20% . (56) Патент США N 3388693, кл. F 01 C 9/00, опублик. 1968.Формула изобретения
1. ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМСЯ ПОРШНЕМ, содержащий корпус, жестко связанную с ним радиальную перегородку, крышку, ось, установленную в корпусе, ступицу, расположенную на оси и жестко связанную с концами рабочего и компрессорного поршней, размещенных в корпусе с образованием по обе стороны перегородки рабочей и нагнетательной полостей переменного объема и связанных между собой при помощи перепускного канала, коленчатый вал, связанный с поршнем посредством шатуна, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, двигатель дополнительно снабжен дугообразной перегородкой, жестко связывающей периферийные части поршней, а между дугообразной и радиальной перегородками образован продувочный канал. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дугообразная перегородка выполнена с периферийными выступами, направленными внутрь камер.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru
