Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить надежность двигателя и уменьшить его габариты. Двигатель внутреннего сгорания содержит тороидальные камеры сгорания, размещенные в них качающиеся поршни, жестко связанные кольцом с внутренним валом, центрально установленным относительно камер сгорания, и выходной вал, связанный с внутренним валом кривошипно-коромысловым устройством. Выходной вал расположен параллельно внутреннему валу, кинематически связан с ним кривошипно-коромысловым механизмом и выполнен коленчатым. Поршни выполнены с углублениями с обеих сторон. Торцы цилиндров имеют соответствующие выпуклости. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам, преобразующим энергию сгорания топлива в механическую энергию вращения.

Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, содержащий картерную полость, выполненную в виде раздельных камер нагнетания и сгорания торообразного сечения, размещенные в последней качающиеся роторы-поршни, жестко связанные с валом привода. Этот вал соединен с выходным валом при помощи механизма преобразования вида движения, который использует пружины, обеспечивающие поочередное сцепление втулки с внутренними винтовыми и внешними прямыми шлицами и тем самым преобразование качательного движения во вращательное [1].

Недостатками этого двигателя являются ненадежность привода и увеличенные габариты, поскольку сложна и ненадежна кинематика преобразования качательного движения во вращательное и большую часть объема тора занимают спаренные роторы-поршни и маятниковые поршни, обеспечивающие возможность перемещения роторов-поршней.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, тороидальными камерами сгорания и полым внутренним валом, в котором каждая камера сгорания имеет щель, в которой перемещается кольцо, жестко связанное с поршнями и полым внутренним валом и обеспечивающее герметичность камер сгорания, а кинематическая связь поршней и выходного вала выполнена в виде сдвоенного кривошипно-коромыслового механизма с общим ползуном, при этом коромысло одного механизма жестко соединено с полым внутренним валом, а кривошип другого - с выходным валом [2].

Недостатком этого двигателя являются большие габариты, поскольку обеспечение прочности соединения поршня и кольца, а также герметичности разделения камер сгорания требует большой длины поршня, что увеличивает диаметр внутреннего вала, а вместе с ним и общие габариты двигателя. Кроме того, большая длина поршня уменьшает угол между соседними торцами камер сгорания, что усложняет размещение механизма управления клапанов, стержни которых имеют определенную длину. Кроме того кинематическая связь поршней и выходного вала выполнена сложной, включающей два кривошипных механизма, т.е. пять звеньев (коромысло-шатун-ползун-шатун-кривошип) и четыре шарнира для их связи. Расположение выходного вала внутри двигателя не позволяет подвести к поршню охлаждение и смазку, что заметно ухудшает работу поршня, который находится между двух камер сгорания.

Задача изобретения - упрощение конструкции двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат - повышение надежности двигателя и уменьшение его габаритов.

Для достижения такого технического результата в двигателе внутреннего сгорания, содержащем тороидальные камеры сгорания, размещенные в них качающиеся поршни, жестко связанные кольцом с внутренним валом, центрально установленным относительно камер сгорания, и выходной вал, связанный с внутренним валом кривошипно-коромысловым устройством преобразования, выходной вал расположен параллельно внутреннему валу, кинематически связан с ним кривошипно-коромысловым механизмом и выполнен коленчатым, поршни выполнены с углублениями с обеих сторон, а торцы цилиндров имеют соответствующие выпуклости.

Поставленный результат достигается также тем, что распределительные валы для управления клапанами размещены между торцами цилиндров.

Поставленный результат достигается также тем, что днища клапанов в торцах цилиндров лежат в плоскостях, не совпадающих с плоскостями поперечного сечения тороидальной камеры сгорания.

Поставленный результат достигается также тем, что центры клапанных отверстий в соседних торцах камер сгорания лежат на разных расстояниях от плоскости среднего поперечного сечения двигателя.

Поставленный результат достигается также тем, что внутри поршней, кольца и внутреннего вала проходят трубки для подачи смазки, охлаждающей жидкости или газа.

Поставленный результат достигается также тем, что тороидальные стенки поршней имеют симметрично расположенные относительно центральной плоскости углубления для уплотнительных элементов, которые выполнены в виде дуг поршневых колец.

Поставленный результат достигается также тем, что на боковой поверхности поршня в центре располагаются канавки для подачи масла, а далее последовательно в обе стороны от центра маслосъемные и компрессионные кольца.

Существенность отличий обосновывается следующим образом.

Параллельное расположение выходного вала относительно внутреннего вала позволяет использовать один кривошипно-коромысловый механизм для передачи мощности вместо устройства из двух механизмов с общим ползуном, содержащих коромысло, два шатуна и кривошип. При этом остается лишь два шарнира для связи звеньев вместо четырех и соответственно три подвижных звена вместо пяти.

Углубления в тороидальном поршне, позволяющие увеличить объемы камер сгорания за счет объема поршня, уменьшают общие габариты двигателя. Оставшаяся неизмененной боковая поверхность поршня позволяет расположить маслосъемные и компрессионные кольца, количество которых удваивается по сравнению с существующими прямолинейными поршнями, связанными с одной камерой сгорания.

Расположение распределительного вала между торцами двигателя уменьшает его габариты и упрощает управление клапанами.

Расположение днищ клапанов вне плоскости радиального сечения камер сгорания позволяет увеличить длину стержня клапана, которая определяется расстоянием от клапана до средней плоскости межторцевого пространства. Определенная длина стержня клапана обеспечивает надежность работы двигателя.

Несимметричное расположение клапанов относительно плоскости продольного сечения камер сгорания позволяет не пересекаться стержням клапанов соседних торцов и тем самым дает возможность последовательно устанавливать для них кулачки на общем распределительном валу. Это упрощает конструкцию двигателя с тороидальными камерами сгорания.

Размещение внутри поршней, кольца и внутреннего вала трубок для подачи смазки, охлаждающей жидкости или газа позволяет охлаждать и смазывать поршень, который соприкасается сразу с двумя камерами сгорания, т.е. работает в очень напряженных условиях.

Выполнение уплотнений в виде дуг поршневых колец позволяет герметизировать щели между тороидальными стенками поршня и камеры сгорания и тем самым повысить надежность двигателя с качающимися поршнями.

Подача масла через канавки в центре тороидального поршня и последовательное расположение (от центра) маслосъемных и компрессионных колец позволяет обеспечить смазку колец и тем самым повысить надежность двигателя.

На фиг.1 представлен поперечный разрез двигателя, на фиг.2 - сечение по АА на фиг.1, на фиг.3 - сечение по ББ на фиг.1, на фиг.4 - разрез по ВВ на фиг.1.

Двигатель содержит камеры сгорания 1 в виде секторов тора, качающиеся поршни 2, кольцо 3, жестко связанное с поршнями 2 и внутренним валом 4, выходной вал 5, коромысло 6 на внутреннем валу 4, шатун 7, кривошип 8 на выходном валу 5, клапаны 9.

Для подчеркивания кинематики движения отдельных звеньев зазоры между ними увеличены. Для указания работы отдельных тактов двигателя отдельные камеры сгорания 1 обозначены буквами а, b, с, d. Мертвые положения качающегося коромысла 6 указаны линиями NN и ММ.

Двигатель работает следующим образом. Четырем камерам сгорания a, b, c, d соответствуют четыре фазы работы двигателя: впуск заряда, сжатие его, рабочий ход и выпуск отработавшего заряда. Рабочий ход в одной из камер обеспечивает возвратно-поворотное движение сразу двух поршней 2 с некоторой угловой амплитудой, обеспечивая в камерах a, b, c, d указанные фазы работы двигателя (при соответствующей работе системы клапанов 9 в торцах камер сгорания 1).

Качающиеся поршни 2 через кольцо 3 передают движение внутреннему валу 4 и далее коромыслу 6, который через шатун 7 передает движение кривошипу 8 на выходном валу 5.

Расположение распределительного вала между торцами двигателя позволяет уменьшить его габариты.

Расположение торцов камер сгорания 1 в плоскости, не совпадающей с плоскостью поперечного сечения камеры сгорания 1, позволяет увеличить расстояние от центров клапанов 9 до средней плоскости межторцевого пространства и, следовательно, обеспечить передачу движения от кулачка распределительного вала к клапану 9.

Расположение центров клапанов 9 в соседних торцах камер сгорания 1 на разных расстояниях от плоскости среднего сечения двигателя обеспечивает непересечение стержней клапанов 9 в соседних торцах двигателя и тем самым упрощает распределительный механизм.

Расположение трубок для подачи смазки и охлаждающей жидкости внутри поршней 2, кольца 3 и внутреннего вала 4 позволяет осуществить смазку поршней 2 и их охлаждение, что необходимо, т.к. поршни 2 с обеих сторон окружены камерами сгорания 1, т.е. работают в очень напряженных условиях.

К преимуществам предлагаемого двигателя по сравнению с прототипом можно отнести и пространственное разделение валов, что облегчает его ремонт и техническое обслуживание.

Источники информации 1. SU, авторское свидетельство, 1326746, F 02 В 53/00, 1985.

2. RF, патент 2119070, F 02 В 53/00, 1998.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий тороидальные камеры сгорания, размещенные в них качающиеся поршни, жестко связанные кольцом с внутренним валом, центрально установленным относительно камер сгорания, и выходной вал, связанный с внутренним валом кривошипно-коромысловым устройством, отличающийся тем, что выходной вал расположен параллельно внутреннему валу, кинематически связан с ним кривошипно-коромысловым механизмом и выполнен коленчатым, поршни выполнены с углублениями с обеих сторон, а торцы цилиндров имеют соответствующие выпуклости.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что распределительные валы для управления клапанами расположены между торцами цилиндров.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что днища клапанов в торцах цилиндров лежат в плоскостях, не совпадающих с плоскостями поперечного сечения тороидальных камер сгорания.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что центры клапанных отверстий в соседних торцах камер сгорания лежат на разных расстояниях от плоскости среднего поперечного сечения двигателя.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что внутри поршней, кольца и внутреннего вала проходят трубки для подачи смазки, охлаждающей жидкости или газа.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что тороидальные стенки поршней имеют симметрично расположенные относительно центральной плоскости углубления для уплотнительных элементов, которые выполнены в виде дуг поршневых колец.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на тороидальной поверхности поршня в центре располагаются канавки для подачи масла, а далее последовательно в обе стороны от центра канавки для маслосъемных и компрессионных колец.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4