двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями, содержащий корпус-цилиндр с впускными и выпускными окнами, установленными в нем поршнями, делящими цилиндр на полости переменного объема, выходной вал с маховиком, которые связаны с поршнями через редуктор сложения движений, валы и рычаги, отличающийся тем, что цилиндр двигателя имеет торообразную форму, а также поршни, соединенные через рычаг попарно между собой, каждая пара, в свою очередь, соединена со своим валом и далее через редуктор сложения движений с выходным валом и маховиком, причем указанный редуктор имеет шестерни, содержащие цилиндрический и зубчатый сектора, предназначенные для взаимодействия с колесами, которые жестко связаны каждое со своим поршневым валом и имеющими наряду с высокими роликами, расположенными по окружности, ролики в несколько раз ниже высоких, предназначенные для взаимодействия с передней частью первого зуба зубчатого сектора шестерни и позволяющие, наряду с этим, взаимодействовать высокими роликами колеса с цилиндрическим сектором шестерни.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано для транспортных средств: наземных, водных и воздушных, в стационарных и мобильных установках, в промышленности энергетике и т.д.

Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями состоит из корпуса - торообразного рабочего цилиндра, в котором вращаются две пары поршней. Каждая пара через рычаг жестко связана со своим валом. Валы входят в редуктор сложения движений, где осуществляется управление движениями поршневых валов при помощи колес, жестко с ними связанных, и шестеренок, находящихся в зацеплении с колесами поршневых валов и жестко связанных с выходным валом и маховиком. В цилиндре имеются впускное и выпускное окна.

Предлагаемая кинематика двигателя позволяет во всех узлах применять подшипники качания, а соединение поршней через рычаги с валом обеспечивает их контакт с цилиндром только через уплотнительные кольца, что сводит трение и износ к минимуму. Отсутствие системы газораспределения способствует более полному наполнению цилиндра горючей смесью (карб. двиг. ) или воздухом (дизели) и освобождению его от отработавших газов, а также повышению мощности за счет нерастрачивания энергии двигателя на управление движением системой газораспределения.

В двигателе за один оборот двух пар поршней в каждой из четырех камер сгорания, образованных четырьмя поршнями, происходит весь рабочий цикл из четырех тактов. Также двигатель позволяет использовать работу расширения газов максимально и одинаково эффективно при любом положении поршня в цилиндре во время такта расширения.

Целью изобретения является повышение эффективности двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями фиг.1 имеет корпус - торообразный рабочий цилиндр 1, в котором располагаются две пары поршней 2. Каждая пара через рычаг 3 жестко связана со своими валами 4 и 5, которые входят в редуктор сложения движений. На каждый вал 4 и 5 жестко насажены колеса 6 (в данном случае роликовые) которые состоят из расположенных по окружности роликов 7, часть которых 8, находящаяся ровно через 180 градусов окружности, имеет меньшую высоту по сравнению с остальными в несколько раз. Колеса находятся в зацеплении с шестернями 9, которые имеют зубчатый 10 и цилиндрический 11 сектора, при помощи которых совместно с высокими 7 и низкими 8 роликами колес 6 производится вращение и остановка валов 4 и 5, при постоянном вращении выходного вала 12, на котором жестко закреплены шестерни 9 и маховик 13. Шестерни 9 смещены относительно друг друга на 180 градусов. Все валы двигателя могут быть закреплены на подшипниках качения, а поршни контактируют с цилиндром только через уплотнительные кольца, что сводит трение и износ к минимуму. Также двигатель имеет кольцевые уплотнения 14, каждое из которых вращается со своей парой поршней, впускное 15 и выпускное 16 окна.

Двигатель работает следующим образом. Четыре поршня 2, находящиеся в торообразном цилиндре 1, разделяют его внутреннюю часть на четыре полости, объем которых изменяется при поступательном вращении одной пары поршней относительно другой в одном и том же направлении.

В каждой полости совершаются процессы рабочего цикла, аналогичные процессам в четырехтактном поршневом двигателе.

Когда поршни находятся в положении, показанном на фиг.2а, в объеме, ограниченном поршнями 4 и 2, происходит воспламенение горючей смеси. Давление газов, воспринимаемое поршнем 2, приводит его вал и попарно соединенный поршень 1 во вращение, а также выходной вал и маховик, так как колесо 6, с которым соединен их вал 4, находится в зацеплении с зубчатым сектором 10 шестерни 9 фиг. 3а, а пара поршней 3 и 4 находится в неподвижном состоянии, так как колесо 6, с которым связан их вал 5, соединено со своей шестерней 9 цилиндрической частью ее сектора 11 фиг.36. В это же время из объема А, ограниченного поршнями 2 и 3, отработавшие газы вытесняются через окно 16 в атмосферу, в объеме Б (между поршнями 1 и 3) начинается впуск горючей смеси (карб. дв. ) или воздуха (дизели), а в объеме В начинается сжатие горючей смеси (карб. дв.) или воздуха (дизели).

При дальнейшем повороте пары поршней 1 и 2 продолжится расширение в объеме Г, фиг.2 б, в увеличивающимся объеме Д происходит впуск горючей смеси или воздуха, в уменьшающимся объеме Е - сжатие, а из объема Ж продолжится удаление отработавших газов.

На фиг.2в показан момент, когда сжатая смесь или воздух в объеме 3 достигнут своего расчетного значения и пара поршней 3 и 4 начнет свое движение вместе с парой поршней 1 и 2 (т.е. оба колеса 6, с которыми связаны валы 4 и 5 двух пар поршней, будут находится в зацеплении с зубчатыми секторами 10 шестерней 9). Сжатие горючей смеси или воздуха на этом закончится, в объеме И впуск будет происходить по инерции, так же как и выпуск в объеме К. Далее движение поршней будет продолжаться при помощи энергии, набранной маховиком.

В положении, показанном на фиг.2г, пара поршней 1 и 2 остановится, так как колесо 6 их вала 4 войдет в зацепление с цилиндрическим сектором 11 шестерни 9, а пара поршней 3 и 4 продолжит свое вращение, воспринимая давление расширяющихся газов поршнем 4.

За это же время поршень 3 перекроет впускное окно 15 и закончит такт впуска, а поршень 2 откроет выпускное окно 16 и сообщит объем Л цилиндра с отработавшими газами с атмосферой. Далее процесс вращения и остановок поршневых валов будет повторяться с постоянной сменой друг друга при постоянном вращении выходного вала и маховика.

Таким образом в каждой из четырех полостей последовательно происходит впуск, сжатие, сгорание и расширение, а также выпуск, за исключением того момента, когда обе пары поршней вращаются вместе и такты расширения и сжатия закончены, а такты впуска и выпуска происходят по инерции.

Колеса поршневых валов 6 входят в зацепление с зубчатыми секторами 10 шестерней 9 при помощи давления, оказываемого на поршень после его остановки сжатой горючей смесью или воздухом, но даже если давление по каким-либо причинам будет отсутствовать в камере сгорания, образованной двумя поршнями, то передняя часть зуба А фиг.3а, б зубчатого сектора 10 шестерни 9 войдет в зацепление с маленьким роликом 8 колеса 6 и тем самым положит начало вращения поршневого вала, что обеспечит правильную работу редуктора даже при отсутствии давления между поршнями двигателя, образующими камеру сгорания.