кольцевой двигатель внутреннего сгорания и способ передачи движения к силовому агрегату

Формула изобретения

1. Кольцевой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус, по крайней мере, два кольцеобразных цилиндра, расположенные по кругу на одинаковом расстоянии друг от друга, и кольцеобразные поршни со штоками, отличающийся тем, что цилиндры жестко скреплены с корпусом и у оснований имеют торцевые затворы, кольцеобразные поршни жестко соединены с нижними концами кольцеобразных штоков, штоки снабжены направляющими, при этом на рабочих поверхностях штоков и поршней (на поверхностях, обращенных внутрь круга) выполнены пазы для обеспечения зубчатой передачи, установка поршней выполнена с возможностью обеспечения непрерывного поступательного движения поршней со штоками по кругу в одном направлении и с возможностью передачи энергии движения на ходовую часть машины через систему зубчатых колес с внешними зубьями: малых, расположенных в промежутках между цилиндрами, и большого, расположенного в центре двигателя, посредством зацепления зубьев малых зубчатых колес с пазами, имеющимися на внутренней стороне поршней и штоков, установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.

2. Способ передачи силового движения к силовому агрегату, включающий передачу силового воздействия от кольцеобразных поршней двигателя внутреннего сгорания на вал двигателя, отличающийся тем, что передача осуществляется от поршней, перемещающихся в одном направлении по замкнутому кругу с помощью системы зубчатой передачи, посредством взаимодействия малых зубчатых колес, расположенных в промежутках между цилиндрами, с пазами, выполненными на внутренней (обращенной в центр круга) поверхности кольцевых поршней и кольцевых штоков, при этом передача движения от малых зубчатых колес на вал двигателя осуществляется посредством взаимодействия с центральным зубчатым колесом, а установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано на всех видах транспортных средств, включая автомобильный транспорт, а также в машинах, призванных преобразовывать тепловую энергию в механическую.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №2165535), выбранный за прототип, содержащий корпус с цилиндрическим отверстием, прямой вал с кривошипами, установленный на опорах соосно с цилиндрическим отверстием, не менее двух рабочих кольцеобразных цилиндров, установленных с возможностью движения в одном направлении на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом кольцеобразные поршни установлены в цилиндрах и жестко соединены с кольцеобразным штоком, в цилиндрическом отверстии корпуса закреплены концентрично друг другу две спаренные в осевом направлении кольцевые направляющие, между которыми размещены на роликах с клиновыми упорами рабочие цилиндры, а на штоках, соединенных шарнирно с кривошипами, установлены пружины сжатия.

У двигателя - прототипа имеются следующие недостатки:

Двигатель расходует часть своей энергии непроизводительно - вхолостую: на сжатие пружины. В дальнейшем энергия сжатой пружины возвращается, но возвращается непроизводительно: она обеспечивает лишь возврат цилиндра в исходное рабочее положение, не производя при этом перемещение вала. Равносильно во всех иных двигателях внутреннего сгорания, в которых поршень перемещается внутри цилиндра (в дальнейшем - в поршневых двигателях), часть энергии тратится на холостой ход поршня - на возврат его в исходное, рабочее положение.

Кроме того, недостатком двигателя - прототипа является короткий рабочий (производительный) ход поршня. В каждом рабочем ходе поршня он проходит энергоемкие стадии разгона и торможения, что отрицательно сказывается на КПД описанного выше и иных поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ передачи силового движения к силовому агрегату (патент РФ №2165535), включающий передачу силового воздействия от кольцеобразных поршней двигателя внутреннего сгорания на вал двигателя, посредством перемещения поршнем со штоком кривошипа, соединенного с валом.

У описанного способа имеются следующие недостатки: из-за того, что рабочий ход поршня ограничен длиной цилиндра, движение на вал передается неравномерно - с перерывами, необходимыми для перемещения цилиндра в исходное для работы поршня положение. При этом часть энергии тратится на холостой ход цилиндра, а также разгон и торможение поршня, что отрицательно сказывается на КПД двигателя.

Задачей настоящего изобретения для конструкции является исключение из цикла двигателя холостого хода поршней (либо цилиндров, как в описанном выше случае), исключение постоянно повторяющихся процессов разгона и торможения поршней и, как результат, повышение КПД двигателя.

Задачей способа является повышение эффективности передачи движения и обеспечение равномерности передачи движения. Кроме того, данный способ позволяет перемещать поршни в одном направлении и безостановочно.

В этом состоит технический результат.

Технический результат для конструкции достигается тем, что кольцевой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус, по крайней мере, два кольцеобразных цилиндра, расположенных по кругу на одинаковом расстоянии друг от друга, и кольцеобразные поршни со штоками, согласно изобретению цилиндры жестко скреплены с корпусом и у оснований имеют торцевые затворы, кольцеобразные поршни жестко соединены с нижними концами кольцеобразных штоков, штоки снабжены направляющими, при этом на рабочих поверхностях штоков и поршней (на поверхностях, обращенных внутрь круга) выполнены пазы для обеспечения зубчатой передачи, установка поршней выполнена с возможностью обеспечения непрерывного поступательного движения поршней со штоками по кругу в одном направлении и с возможностью передачи энергии движения на ходовую часть машины через систему зубчатых колес с внешними зубьями - малых, расположенных в промежутках между цилиндрами, и большого, расположенного в центре двигателя, посредством зацепления зубьев малых зубчатых колес с пазами, имеющимися на внутренней стороне поршней и штоков, установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.

Технический результат для способа достигается тем, что способ передачи силового движения к силовому агрегату, включающий передачу силового воздействия от кольцеобразных поршней двигателя внутреннего сгорания на вал двигателя, согласно изобретению передача осуществляется от поршней, перемещающихся в одном направлении по замкнутому кругу с помощью системы зубчатой передачи, посредством взаимодействия малых зубчатых колес, расположенных в промежутках между цилиндрами, с пазами, выполненными на внутренней (обращенной в центр круга) поверхности кольцевых поршней и кольцевых штоков, при этом передача движения от малых зубчатых колес на вал двигателя осуществляется посредством взаимодействия с центральным зубчатым колесом, а установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен кольцевой двигатель (вид сверху).

На фиг.2 изображен кольцевой двигатель (вид сбоку в разрезе).

На фиг.3 изображен поршень со штоком и направляющими (вид сверху).

На фиг.4 изображен поршень: а) - вид сбоку - изнутри круга и б) - вид с торца.

На фиг.5 изображены направляющие, располагающиеся в средней части штока: «а» - вид сбоку - изнутри круга, «б» - вид с торца.

На фиг.6 изображены направляющие, распологающиеся в передней части штока: «а» - вид сбоку - изнутри круга, «б» - вид с торца.

На фиг.7 изображена рабочая часть затвора.

На фиг.8 изображен затвор: «а» - в открытом и «б» - закрытом положении.

Кольцевой двигатель внутреннего сгорания состоит из:

- разъемного кольцеобразного корпуса 1, выполненного в виде чаши с герметично закрывающейся крышкой;

- двух или более дугообразных цилиндров 5, зафиксированных на корпусе 1 по оси круга на равном расстоянии друг от друга, при этом каждый из цилиндров 5 в своем основании снабжен торцевым затвором 6 с механическим приводом;

- двух или более малых зубчатых колес с внешними зубьями 7, расположенных в промежутках между цилиндрами 5 и зафиксированных на валах 8, вращающихся в пазах 9, выполненных в корпусе двигателя 1 и передающих вращательное движение от штоков 11 большому центральному зубчатому колесу 2;

- большого (горизонтально установленного) центрального зубчатого колеса с внешними зубьями 2, зафиксированного на валу 3, вращающемся в пазах или защищенных сальниками отверстиях 4, выполненных в корпусе двигателя 1 и передающей движение ходовой части машины;

- одного или более кольцеобразных поршней 10, каждый их которых жестко закреплен на нижнем конце кольцеобразного штока 11, при этом на рабочих поверхностях поршней (на поверхностях, обращенных внутрь круга, образованного цилиндрами) выполнены пазы 13 для вхождения зубьев малых зубчатых колес;

- кольцеобразных штоков 11 в количестве, равном количеству поршней, основания которых жестко соединены с поршнями, при этом на рабочих поверхностях штоков (на поверхностях, обращенных внутрь круга, образованного цилиндрами) выполнены пазы 13 для вхождения зубьев малых зубчатых колес;

- направляющих 12 (не менее одного на каждый шток), жестко крепящихся на штоках 11, выполненных в виде усеченных колец диаметром, равным поршню 10.

Двигатель обеспечивается системой смазки трущихся узлов и деталей, для чего служит масляный картер 14, расположенный в нижней части корпуса двигателя, а также системой отвода выхлопных газов (не показана), системой зажигания (не показана).

Количество цилиндров 5 в двигателе предпочтительно больше количества поршней 10 в два раза, что обеспечит более устойчивое положение поршней 10 при прохождении ими участков между цилиндрами 5. Конструкция обеспечивает беспрерывное движение поршней 10 со штоками 11 по кругу в одном направлении через все цилиндры 5. При этом каждый поршень 10 в каждом цилиндре 5 получает дополнительное ускорение. Размещение поршней 10 по кругу производится таким образом, чтобы в каждый момент работы двигателя, по крайней мере, один из поршней 10 находился в рабочем цикле (перемещался под воздействием воспламенения горючей смеси). При работе шток 11 может одновременно находиться в двух цилиндрах 5. Длина поршня 10 вместе со штоком 11 должна обеспечивать устойчивый рабочий контакт пазов с зубьями двух рядом расположенных малых зубчатых колес 7. Предпочтительной длиной поршня 10 вместе со штоком 11 является длина, равная длине двух цилиндров 5 и одного промежутка между ними.

Двигатель работает следующим образом.

Поршни 10 перемещаются по кругу в одном направлении. После вхождения поршня 10 в цилиндр 5, последний закрывается со стороны вхождения в него поршня торцевым затвором 6, имеющим механический привод, и в цилиндре 5, в пространстве между основанием поршня 10 и торцевым затвором 6, с помощью системы зажигания происходит впрыск и воспламенение горючей смеси. Под действием образовавшихся газов поршень 10 перемещается по цилиндру 5 вперед, перемещая перед собой шток 11. Перемещаясь, шток 11 через зубчатую передачу вращает малые зубчатые колеса 7, которые, в свою очередь, передают движение большому зубчатому колесу 2, а последнее передает вращение через свой вал 3 ходовой части машины (не показано) или в иные агрегаты (устройства). После выхода поршня 10 из цилиндра 5 затвор 6 открывается, а шток 11 вместе с поршнем 10, продолжает движение по кругу под воздействием малого зубчатого колеса 7, которое получает движение через большое зубчатое колесо 2 от другого поршня, находящегося в рабочем цикле. В результате шток 11 вместе с поршнем 10 входит в следующий цилиндр 5, где рабочий цикл повторяется по вышеописанной схеме.

В случае несрабатывания зажигания в одном из цилиндров 5, поршень 10 не остановится, а продолжит движение благодаря центральному зубчатому колесу 2, которое в данном случае дополнительно выполняет роль балансировочного элемента.

Двигатель может состоять из одного и более агрегатов, описанных выше. В этом случае, каждый агрегат с описанной выше конструкцией (условно каждое кольцо двигателя) должен располагаться один над другим. При этом ось центральных зубчатых колес будет общим элементом, собирающим усилие от всех колец. С целью отключения одного из колец двигателя при выходе его из строя возможно применять специальную конструкцию вала 3, способную отключаться от аварийно остановившегося центрального зубчатого колеса 2. Кроме того, описанная конструкция позволяет без особых сложностей заменять кольца двигателя. Таким образом, предлагаемый двигатель обеспечивает стабильную работу, в том числе при возникновении аварийных ситуаций и повышает надежность эксплуатации.

За счет предлагаемого способа передачи силового движения к силовому агрегату возможно осуществлять безостановочное перемещение поршней в одном направлении.

За счет того, что перемещение поршней в данном двигателе осуществляется только в одном направлении и отсутствуют мертвая точка и холостой ход поршней, а также отсутствуют затраты энергии на торможение и последующий разгон поршней, кольцевой двигатель в сравнении с двигателями, в которых поршень перемещается попеременно в двух противоположных направлениях, должен иметь более высокий коэффициент полезного действия и должен быть более экономичным.