двигатель внутреннего сгорания с вращающимся поршнем

Формула изобретения

Поршневой двигатель внутреннего сгорания с преобразованием возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, содержащий кривошипно-шатунный механизм, цилиндропоршневую группу, отличающийся тем, что кривошипно-шатунный механизм выполнен пространственным и ось вращения кривошипа параллельна оси цилиндра двигателя так, что вращение кривошипа обеспечивает вращение верхней части поршня вокруг своей оси, при этом поршень выполнен составным, в нижней его части имеются компрессионные и маслосъемные кольца, а в верхней части выполнены винтовые канавки, соединенные каналом с внутренней полостью поршня, которая в нижней мертвой точке соединяется с каналом подвода воздуха в стенке цилиндра, что обеспечивает возможность нагнетания воздуха из полости поршня винтовыми канавками вдоль стенки цилиндра в камеру сгорания; шатун посредством шарниров равных угловых скоростей соединен в верхней части с поршнем, а в нижней с сателлитом планетарного редуктора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности может использоваться на двигателях с воспламенением от сжатия.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и преобразованием возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала (Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. / Д.Н.Вырубов, Н.А.Иващенко, В.И.Ивин и др.; Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. - М.: Маш-е, 1983. - 372 с.). Одной из основных проблем является повышение энергетических показателей дизелей за счет их форсирования по рабочему процессу, т.е. увеличение давления газов, температуры в цилиндре двигателя. Повышение температуры без специальных мероприятий приводит к повышению тепловой напряженности деталей, снижению ресурса и увеличению потерь тепла в систему охлаждения. Поэтому необходимо техническое решение, направленное на повышение эффективности рабочего процесса, снижение тепловой напряженности деталей цилиндро-поршневой группы.

Технический результат направлен на повышение эффективности рабочего процесса двигателя, повышение температуры цикла и энергетических показателей дизеля.

Технический результат достигается тем, что поршневой двигатель внутреннего сгорания с преобразованием возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, содержащий кривошипно-шатунный механизм, цилиндро-поршневую группу, при этом кривошипно-шатунный механизм выполнен пространственным и ось вращения кривошипа параллельна оси цилиндра двигателя, так, что вращение кривошипа обеспечивает вращение верхней части поршня вокруг своей оси, при этом поршень выполнен составным, в нижней его части имеются компрессионные и маслосъемные кольца, а в верхней части выполнены винтовые канавки, соединенные каналом с внутренней полостью поршня, которая в нижней мертвой точке соединяется с каналом подвода воздуха в стенке цилиндра, что обеспечивает возможность нагнетания воздуха из полости поршня винтовыми канавками вдоль стенки цилиндра в камеру сгорания; шатун посредством шарниров равных угловых скоростей соединен в верхней части с поршнем, а в нижней с сателлитом планетарного редуктора.

Отличительными признаками от прототипа является то, что кривошипно-шатунный механизм выполнен пространственным и ось вращения кривошипа параллельна оси цилиндра двигателя, так, что вращение кривошипа обеспечивает вращение верхней части поршня вокруг своей оси, при этом поршень выполнен составным, в нижней его части имеются компрессионные и маслосъемные кольца, а в верхней части выполнены винтовые канавки, соединенные каналом с внутренней полостью поршня, которая в нижней мертвой точке соединяется с каналом подвода воздуха в стенке цилиндра, что обеспечивает возможность нагнетания воздуха из полости поршня винтовыми канавками вдоль стенки цилиндра в камеру сгорания; шатун посредством шарниров равных угловых скоростей соединен в верхней части с поршнем, а в нижней с сателлитом планетарного редуктора.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что за счет применения вращающегося поршня с нагнетанием воздуха вдоль стенки цилиндра в камеру сгорания можно значительно повысить температуру рабочего процесса без увеличения теплоотдачи в стенки цилиндра, тем самым увеличивая энергетические показатели дизеля.

На чертеже изображена схема двигателя внутреннего сгорания с вращающимся поршнем.

Двигатель внутреннего сгорания с вращающимся поршнем состоит из пространственного кривошипно-шатунного механизма с шатуном 11, который сферическими шарнирами 10 соединен с сателлитами 13 планетарного редуктора, содержащего эпициклическое колесо 14 и солнечную шестерню 12. В верхней части шатун 11 посредством сферического шарнира 10 соединен с подвижной верхней частью поршня 5, которая имеет возможность вращения относительно неподвижной нижней части поршня 2 на подшипниках качения 9. В нижней части поршня установлены компрессионные и маслосъемные кольца 8. В верхней части поршня 5 на цилиндрической поверхности имеются винтовые каналы 4, которые посредством канала в поршне 1 соединены с внутренней полостью 6, а сама полость 6 в нижней мертвой точке посредством канала в поршне 1 соединяется с каналом подвода воздуха 7.

Двигатель внутреннего сгорания с вращающимся поршнем работает следующим образом.

При работе двигателя шатун 11 совершает пространственное движение. Соединение шатуна в нижней части с центром сателлита планетарного редуктора посредством шарнира равных угловых скоростей обеспечивает возможность вращения шатуна вокруг своей оси. Солнечная шестерня 12 неподвижна, а крутящий момент снимается с эпициклического колеса 14. Вращение шатуна 11 обеспечивает вращение верхней части поршня 5. В нижней мертвой точке во внутреннюю полость поршня 6 через канал в поршне 1 и канал подвода воздуха 7 от внешнего источника подается сжатый воздух. При движении поршня вверх воздух под действием винтовых каналов 4 из полости 6 через канал в поршне 1 попадает в камеру сгорания, охлаждая верхнюю часть поршня, стенки цилиндра, и затем участвует в сгорании. Винтовые каналы 4 выполняют роль лабиринтных уплотнений как на такте сжатия, так и на такте расширения. Вращение верхней части поршня 5 относительно нижней части поршня 2 осуществляется на подшипниках 9. Окончательное уплотнение и предотвращение попадания масла в камеру сгорания происходит компрессионными и маслосъемными кольцами 8.