бесшатунный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров, камеры сгорания, механизм газораспределения, передаточный механизм, поршни и вал, отличающийся тем, что в цилиндрах двигателя установлены кольцевые поршни с возможностью образования с каждой стороны торцов поршней камер сгорания, а внутри каждого из упомянутых поршней размещен вал на подшипниках, соединенный с другими валами цилиндрическими шестернями для передачи вращения на маховик двигателя, при этом кольцевые поршни взаимодействуют с валом посредством передаточного механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение вала и включающего две оси, жестко закрепленные на поршне, и подвижные ролики, контактирующие с бесконечным зигзагообразным пазом, выполненным на цилиндрической поверхности вала, а от проворачивания поршни зафиксированы посредством продольных пазов на наружной поверхности поршней и входящих в пазы роликов на осях, укрепленных на блоке цилиндров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателю, и может быть использовано в качестве источника механической энергии в любых транспортных средствах, а также в мобильных и стационарных установках.

Известны конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, например двигатель Ванкеля.

Двигатель Ванкеля (Ормен А.С. и др. Двигатель внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1990, с.223) содержит корпус, ротор, камеру сгорания, планетарный ряд и выходной вал.

В таком двигателе усилие от действия газов передается на вращающийся ротор (поршень) и через планетарный ряд шестерен к выходному валу.

Известен бесшатунный двигатель по патенту РФ № 2110691 С1, НПК в F02B 75/32, включающий корпус с гильзой цилиндра, поршни с бесконечными криволинейными пазами, шлицевые валы, передаточный механизм, шестерни с валами и продувочные и выпускные окна.

В этом двигателе давление газов от поршней передается к валам через передаточный механизм, взаимодействующий с бесконечными криволинейными пазами поршней, и таким образом происходит преобразование поступательного движения поршней во вращательное движение основного вала двигателя, при этом поршни получают еще и вращательное движение.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ № 2267016 С1, МПК F02B 75/26, включающий цилиндр с криволинейными пазами, гильзу, поршень со штоком, передаточный механизм, состоящий из шайбы с криволинейным профилем, подшипников качения на оси, и коническую передачу для привода механизма газораспределения.

В этом двигателе преобразование поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала двигателя происходит за счет того, что давление газов передается на поршень со штоком и передаточный механизм, который взаимодействует с криволинейными пазами цилиндра двигателя с криволинейным профилем шайбы, укрепленной в корпусе двигателя.

При этом поршень при возвратно-поступательном движении получает еще вращательное движение.

Недостатками такого двигателя являются: снижение мощностных и экономических показателей за счет значительного увеличения сил трения при вращении поршня относительно гильзы цилиндра, а также в системе: передаточный механизм - криволинейный паз на гильзе цилиндра и криволинейный профиль на шайбе; в системе: шлицевой конец штока - шлицевая втулка с конической шестерней;

конструктивная и технологическая сложность и трудоемкость изготовления основных деталей двигателя, в первую очередь, гильзы цилиндра с криволинейным пазом на ее внутренней поверхности, и, как следствие, высокая стоимость изготовления основных деталей;

снижение надежности и долговечности двигателя вследствие значительного износа основных деталей двигателя, в первую очередь, пары гильза цилиндра - поршень, из-за дополнительных сил трения.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в цилиндрах двигателя установлены кольцевые поршни с возможностью образования с каждой стороны торцев поршней герметичных объемов, называемых камерами сгорания, а внутри упомянутых поршней вращаются главный и дополнительный валы, соединенные цилиндрическими шестернями и передающие мощность на маховик двигателя, при этом кольцевые поршни взаимодействуют с валами посредством специального механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала и включающего каждый две оси, жестко закрепленные на поршне, и подвижные ролики на осях, контактирующие с бесконечным зигзагообразным пазом, выполненным на цилиндрической поверхности каждого вала, а от проворачивания поршни зафиксированы посредством продольных пазов на наружной поверхности поршней и входящих в пазы роликов на осях, укрепленных на блоке цилиндров.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен двигатель - вид с маховика; на Фиг.2 - вид А-А на Фиг.1; на Фиг.3 - вид Б-Б на Фиг.1; на Фиг.4:

а) и б) - схема сил, действующих в цилиндре двигателя, при возвратно-поступательном движении поршня;

в) - схема сил, образующих крутящий момент;

г) - схема сил, действующих при положении поршня в одном из крайних положений.

Поскольку системы предлагаемого двигателя принципиально не отличаются от известных двигателей, то в описании конструкции и на чертежах не показаны.

Двигатель по предлагаемому изобретению включает блок цилиндров 1, внутри которых установлены кольцевые поршни 2, а с торцев цилиндры герметизированы крышками 3 и 4.

Внутри кольцевых поршней 2 вращаются главный 5 и дополнительный 6 валы, установленные на подшипниках качения соответственно 7 и 8.

На валах 5 и 6 жестко закреплены цилиндрические шестерни 9 и 10, находящиеся в постоянном зацеплении друг с другом, а также с шестернями 11, укрепленными на газораспределительных валах 12 и 13.

Подшипники 7 и 8 главного вала закрыты крышками соответственно 14 и 15 с уплотнителями 16, а дополнительный вал 6 закрыт глухими крышками 17 и 18.

На заднем конце главного вала жестко укреплен маховик 19, а на переднем конце - шкив 20 привода вспомогательных механизмов двигателя.

Маховик 19 закрыт кожухом 21, жестко присоединенным к блоку цилиндров 1.

Кольцевые поршни 2 по наружному и внутреннему диаметрам уплотнены компрессионными кольцами 22 и 23, а также маслосъемными кольцами 24 и 25.

В средней части поршней 2 жестко закреплены оси 26, а на них подвижные ролики 27, контактирующие с боковыми поверхностями бесконечного зигзагообразного паза 28, выполненного на цилиндрической поверхности главного 5 и дополнительного валов 6.

Кроме этого поршни 2 имеют продольные пазы 29, выполненные на наружной поверхности и взаимодействующие с подвижными роликами 30, смонтированными на осях 31, жестко закрепленных на блоке цилиндров 1.

Для впуска горячей смеси (карбюраторный двигатель) и воздуха (для дизелей) предусмотрены клапанные механизмы 32 соответственно впускных клапанов, а для выпуска отработавших газов - клапанные механизмы 33 соответственно выпускных клапанов.

Своевременное открытие и закрытие впускных клапанов обеспечивается наличием коромысел 34, на которые при вращении воздействуют кулачки газораспределительных валов 12 и 13.

Конструкция предлагаемого двигателя позволяет в одном цилиндре иметь две камеры сгорания I и II (см. Фиг.2 и Фиг.3), что уменьшает количество поршней в два раза, а также некоторых других деталей.

Кинематика зигзагообразного паза 28 обеспечивает четыре хода поршня (четыре такта двигателя) за один оборот двигателя, тогда как у современных двигателей с кривошипно-шатунным механизмом это происходит за два оборота.

Таким образом, предлагаемый двигатель значительно превосходит все упомянутые двигатели по основным технико-экономическим показателям.

Принцип действия предлагаемого двигателя заключается в следующем. В процессе сгорания и расширения газы (рабочее тело), находящиеся в цилиндре, заставляют кольцевой поршень перемещаться из одного крайнего положения в другое, т.е. из положения I в положение II, или наоборот.

При этом на торцы поршня будет воздействовать сила F_г (сила давления газов), которая через передаточный механизм, а именно через оси роликов, через сами ролики и зигзагообразный паз передается на вал.

Согласно законам механики сила, действующая на наклонную поверхность (см. Фиг.4, вариант а и б), раскладывается на составляющие, одна из которых осевая, а другая тангенциальная .

Эта сила на плече «Z» (см. Фиг.4, вариант в) создает крутящий момент (Мкр), который, конечно, будет непостоянным по величине (это известно), но ровно в два раза равномернее, чем у известных двигателей, «Z»=Const.

Таким образом, полученный крутящий момент Мкр на каждом валу суммируется благодаря цилиндрической передаче и передается на маховик двигателя, который за счет определенной массы обеспечивает равномерное вращение.

Кроме этого маховик обеспечивает также перемещение поршней из «мертвых» положений (см. Фиг.4, вариант г).