газораспределительный механизм с тороидальной камерой двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий установленные над всасывающими и выхлопными отверстиями камеры, внутренние полости которых двумя отверстиями соединены с полостью цилиндра, всасывающей трубой или выхлопным коллектором, а внутрь их помещены кольцевые поршни, имеющие полость для прохода газов, сидящие на общем валу и при вращении соединяющие полость цилиндра со всасывающей трубой или выхлопным коллектором через отверстия, отличающийся тем, что камеры выполнены тороидальными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве механизма газораспределения для любых типов двигателей внутреннего сгорания.

Известны клапанные механизмы газораспределения.

Их недостатком является сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом изобретения является золотниковый механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания со сферическими золотниками по патенту США N 4821692, 18.04.1989.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции газораспределительного механизма.

Для решения этой задачи в газораспределительном механизме двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные над всасывающими и выхлопными отверстиями камеры, внутренние полости которых двумя отверстиями соединены с полостью цилиндра, всасывающей трубой или выхлопным коллектором, а внутрь их помещены кольцевые поршни, имеющие полость для прохода газов, сидящие на общем валу и при вращении соединяющие полость цилиндра со всасывающей трубой или выхлопным коллектором через отверстия, камеры выполнены тороидальными.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 показана прямоугольная проекция тора; на фиг. 2 - продольный разрез механизма; на фиг. 3 - поперечный разрез; на фиг. 4 - прямоугольная проекция кольцевых поршней; на фиг. 5-8 представлена кинематическая схема работы механизма в период выполнения двигателем четырех тактов рабочего цикла.

На фиг. 1 показана тороидальная камера, образуемая поверхностью, получаемой при вращении окружности около оси, лежащей в плоскости этой окружности и не пересекающей этой окружности, называемая круговым кольцом или тором.

Газораспределительный механизм состоит из тороидальных камер 1, расположенных над всасывающими и выхлопными отверстиями головки блока цилиндров 2 (фиг. 2). В тороидальные камеры помещены кольцевые поршни 3, жестко связанные со своим валом 4. Количество тороидальных камер с кольцевыми поршнями зависит от числа цилиндров в данном двигателе. Каждая тороидальная камера имеет по два отверстия: одно 5 - в части, примыкающей к головке цилиндров, и соединяет полость тороидальной камеры с полостью цилиндра, второе отверстие 6 (фиг. 3) - в той части тороидальной камеры, где она соединена со всасывающей трубой 7, и отверстие 8 (фиг. 5), где тороидальная камера соединена с выхлопным коллектором 9.

Кольцевые поршни частично являются полыми, а на концах этой полости имеют два отверстия 10 и 11, равные по величине отверстиям тороидальных камер (фиг. 3), причем при совпадении одного отверстия кольцевого поршня с отверстием тороидальной камеры, сообщающейся с отверстием головки блока цилиндров, второе отверстие кольцевого поршня обязательно совпадает с другим отверстием тороидальной камеры. Эти полости с отверстиями на кольцевых поршнях находятся на разных поршнях в разной четверти круга.

Кольцевые поршни в тороидальной камере вращаются со скоростью, в два раза меньшей скорости вращения коленчатого вала. При вращении кольцевых поршней их отверстия, совпадая в определенные моменты с отверстиями в головке цилиндров, создают путь для свободного прохода горючей смеси из всасывающей трубы в цилиндр или отработанных газов из цилиндра в выхлопной коллектор. Чтобы в цилиндре иметь необходимую компрессию, на кольцевых поршнях установлены по четыре пары уплотнительных колец 12 (фиг. 4).

На фиг. 5, 6, 7, 8 показана кинематическая схема работы газораспределительного механизма с тороидальной камерой в период выполнения двигателем четырех тактов рабочего цикла. Для наглядности и лучшего понимания работы механизма цилиндры на схеме условно показаны расширенными, а тороидальные камеры на головке цилиндров - развернутыми на 90^o. Тороидальные камеры, расположенные на левой стороне цилиндра, соединены с впускной трубой 7, а которые находятся справа - с выхлопным коллектором 9. На всех схемах поршни двигателя 13 находятся в центре цилиндра в положении, когда коленчатый вал совершил четверть оборота от верхней или нижней мертвых точек. На схеме (фиг. 5) в первом цилиндре происходит сжатие, поэтому оба отверстия 2 цилиндра закрыты кольцевыми поршнями. Во втором цилиндре происходит всасывание и кольцевой поршень тороидальной камеры соединил внутреннюю полость цилиндра с всасывающей трубой, а выхлопное отверстие закрыто. В третьем цилиндре происходит такт рабочего хода, поэтому оба отверстия закрыты кольцевыми поршнями. В четвертом цилиндре происходит выхлоп, для этого кольцевой поршень соединил внутреннюю полость цилиндра с выхлопным коллектором. На схеме (фиг. 6) показано такое положение, когда коленчатый вал совершил пол-оборота, поэтому поршни поменяли направление своего движения, а кольцевые поршни сделали четверть оборота. В первом цилиндре оба отверстия по-прежнему закрыты, так как идет такт рабочего хода. Во втором цилиндре происходит сжатие, из-за этого оба отверстия также закрыты. В третьем цилиндре идет выхлоп отработанных газов, поэтому кольцевой поршень, находящийся в тороидальной камере, соединенный своим отверстием со всасывающей трубой, закрыл отверстие цилиндра, а полость цилиндра сообщается с выхлопным коллектором. В четвертом цилиндре идет процесс всасывания, поэтому полость цилиндра соединена со всасывающей трубой, а второе отверстие головки цилиндров закрыто.

На схеме (фиг. 7) показано положение, когда коленчатый вал совершил полный оборот, а кольцевые поршни в тороидальных камерах повернулись на пол-оборота. Теперь в первом цилиндре происходит выхлоп отработанных газов, поэтому выхлопное отверстие цилиндра соединено с выхлопным коллектором, а всасывающее отверстие закрыто. Во втором цилиндре идет такт рабочего хода, поэтому оба отверстия цилиндра закрыты. В третьем цилиндре происходит всасывание, из-за этого отверстие цилиндра, предназначенное для всасывания горючей смеси, соединено со всасывающей трубой, а выхлопное отверстие закрыто. В четвертом цилиндре идет сжатие, поэтому оба отверстия цилиндра закрыты.

На схеме (фиг. 8) видно, что кольцевые поршни сделали три четверти оборота, так как коленчатый вал совершил полтора оборота. Здесь, в первом цилиндре идет всасывание, во втором - выхлоп отработанных газов и соответственно в первом цилиндре открыто отверстие для всасывания горючей смеси, а во втором - выхлопа отработанных газов. В третьем цилиндре происходит такт сжатия, а в четвертом - рабочего хода, поэтому в обоих цилиндрах отверстия головки цилиндров закрыты. При дальнейшем повороте коленчатого вала все процессы и положения механизмов будут повторяться.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что кольцевые поршни, вращаясь в полости тороидальных камер, полностью обеспечивают работу двигателя внутреннего сгорания, они позволяют делать впускные и выхлопные отверстия цилиндров сколь угодно большими, что дает возможность уменьшить потери мощности при всасывании и выхлопе. В результате их применения достигается бесшумная работа газораспределительного механизма, а также значительно упрощается конструкция и технология изготовления, увеличивается срок межремонтной эксплуатации газораспределительного механизма, отпадает необходимость периодических регулировок зазоров.