двигатель с качающимися поршнями и уплотнительной системой

Формула изобретения

1. Двигатель с качающимися поршнями, который содержит, по меньшей мере, два качающихся поршня, расположенных в сферическом корпусе, каждый из которых имеет два противоположных консольных элемента поршня и зону стенки поршня, соединяющую два консольных элемента поршня, и который содержит вращающийся качающийся вал, который выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения, расположенной в центре корпуса,

при этом качающиеся поршни прикреплены к вращающемуся качающемуся валу таким образом, что качающиеся поршни качаются относительно оси качания, перпендикулярной оси вращения, и во время вращения вращающегося качающегося вала вокруг оси вращения вращаются вместе вокруг оси вращения и при вращении выполняют переменно-возвратные качательные движения относительно оси качания в противоположных направлениях,

при этом направляющие элементы предусмотрены на, по меньшей мере, двух поршнях, причем направляющие элементы входят в, по меньшей мере, одну направляющую канавку, образованную в корпусе, для регулирования качательных движений,

при этом консольные элементы двух поршней расположены крест-накрест относительно оси качания таким образом, что четыре промежуточных пространства образуются между консольными элементами двух поршней, зонами стенок соответствующих поршней, зоной поверхности вращающегося качающегося вала и внутренней стенкой корпуса,

при этом каждое из двух промежуточных пространств образует рабочую камеру, а каждое из других двух промежуточных пространств образует предкамеру, и каждый из консольных элементов поршней отделяет одну из рабочих камер от одной из предкамер,

при этом двигатель с качающимися поршнями содержит зоны зазоров между частями двигателя, которые смещаются относительно друг друга при вращательных и качательных движениях поршня, причем каждый из качающихся поршней имеет кромки на стороне рабочей камеры и на стороне предкамеры, каждая из которых граничит с, по меньшей мере, одной из зон зазоров и во время работы двигателя выполняет относительные движения относительно внутренней стенки корпуса, вращающегося качающегося вала, а также зон стенок поршней, и

содержит устройство для смазки направляющих элементов смазочной жидкостью, отличающийся тем, что

он содержит уплотнительную систему с уплотнительными элементами в виде уплотняющих полосок или уплотнительных колец для закрытия зон зазоров и содержит приспособление для смазки уплотнительных элементов смазочной жидкостью, причем уплотнительные элементы расположены у кромок или рядом с кромками качающегося поршня таким образом относительно направляющих элементов, соответствующей направляющей канавки, предкамер и рабочих камер, что

уплотнительные элементы закрывают с обеспечением герметичности зоны зазоров, препятствуя потере давления в рабочих камерах и предкамерах и дополнительно предотвращают проникновение соответствующей смазочной жидкости в предкамеры и рабочие камеры.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что одно или более впускных отверстий, предназначенных для заполнения рабочих камер и выполненных во внутренней стенке, а также одно или несколько выпускных отверстий, предназначенных для удаления газообразных продуктов сгорания и выполненных во внутренней стенке, уплотнены против проникновения смазочной жидкости посредством уплотняющих полосок, которые проходят между одной или несколькими направляющими канавками и отверстиями без проникновения в них и которые прикреплены к периферии задних сторон поршней.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что соответствующие уплотнительные элементы в виде уплотняющих полосок, с одной стороны, устойчиво расположены в, по меньшей мере, одиночных удерживающих канавках, и соответствующие уплотнительные элементы в виде уплотнительных колец - в наклонных канавках, и стороны уплотнительных элементов, по существу, противоположные канавкам, с другой стороны, могут перемещаться как уплотняющие поверхности скольжения на смещающихся частях машины.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что соответствующие уплотнительные элементы в виде уплотняющих полосок, с одной стороны, устойчиво расположены в, по меньшей мере, одиночных удерживающих канавках, и соответствующие уплотнительные элементы в виде уплотнительных колец - в наклонных канавках, и стороны уплотнительных элементов, по существу, противоположные канавкам, с другой стороны, могут перемещаться как уплотняющие поверхности скольжения на смещающихся частях машины.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что соответственно одна плоская полукруглая канавка образована в каждом случае на боковой поверхности вращающегося качающегося вала вокруг оси качания и на контактной поверхности одного из поршней, примыкающей к боковой поверхности, и уплотнительное кольцо, предпочтительно выполненное из металла и, по выбору, выполненное с пазом с внутренней стороны, которое вставляется в соответствующую полукруглую канавку, используется в качестве уплотнительного элемента между боковой поверхностью и контактной поверхностью поршня, причем предназначенная для пружины зона уплотнительного кольца и плоская зона полукруглых канавок подогнаны так, что тепловые расширения качающегося поршня в направлении оси качания упруго и герметично поглощаются.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо, выполненное в виде поршневого кольца, которое окружает качающийся поршень подобно кругу и разделено в радиальном направлении, по меньшей мере, один раз, расположено на зоне стенки соответствующего поршня посредством одиночных или двойных наклонных канавок таким образом, что на зоне стенки соответствующего поршня образуется соответственно одна уплотняющая кромка, которая предотвращает выход соответствующего поршневого кольца посредством газообразной текучей среды в результате давления в одной из рабочих камер и, следовательно, выпуск данной текучей среды через одну из наклонных канавок в предкамеры.

7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что поршневое кольцо выступает в предкамеры и рабочие камеры.

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что уплотняющая полоска размещена в виде перемычки на, по меньшей мере, одном из консольных элементов поршня на внутренней поверхности рабочей камеры, и уплотняющая полоска, повторяющая контур внутренней поверхности предкамеры, размещена на внутренней поверхности предкамеры, при этом соответствующая уплотняющая полоска имеет контуры, соответствующие внутренним сторонам поршневых колец на каждом из ее концов, при этом указанные контуры проходят под поршневыми кольцами и предотвращают продувку из рабочих камер в предкамеры или поступление смазочной жидкости в соответствующие камеры, и служат в качестве фиксатора положения для соответствующей уплотняющей полоски, который предотвращает проникновение соответствующей уплотняющей полоски в направляющую канавку, впускное отверстие и выпускное отверстие во внутренней стенке сферического корпуса во время качательного движения поршня.

9. Двигатель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна уплотняющая полоска расположена на, по меньшей мере, одном из поршней в каждом случае на стороне, обращенной к внутренней стенке корпуса, при этом уплотняющая полоска выполнена с, по меньшей мере, одним выступом, выступающим в одну из рабочих камер, который вследствие внутреннего давления в соответствующей камере обеспечивает приложение давления к внутренней стенке корпуса и, следовательно, обеспечивает автоматическое уплотнение, препятствующее продувке на стороне корпуса.

10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что соответствующая канавка и уплотнительный элемент, расположенный в соответствующей канавке, окружают пространство, в которое смазочная жидкость вводится под давлением через соединения, в результате чего как давление поджима уплотнительных элементов, так и уплотняющее действие, препятствующее выходу, могут быть усилены, и вследствие потерь в зазорах обеспечивается смазка на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу.

11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что смазка уплотнительных элементов на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу улучшается посредством подвергания внутренней стенки корпуса, зоны стенки поршня и вращающегося качающегося вала непосредственному воздействию смазочной жидкости из соответствующего пространства через, по меньшей мере, одно калибровочное отверстие в одном или нескольких уплотнительных элементах, при этом пространство заполнено смазочной жидкостью.

12. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что соответствующий уплотнительный элемент расположен в, по меньшей мере, одной удерживающей канавке, при этом пространство для пружины, предназначенное для приема пружины, предпочтительно гофрированной пружины, образовано между удерживающей канавкой и уплотнительным элементом, и упругая сила, создаваемая пружиной, расположенной в пространстве для пружины, и действующая на уплотнительный элемент, создает давление поджима уплотнительного элемента к внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемуся качающемуся валу.

13. Двигатель по п.12, отличающийся тем, что соответствующая канавка и уплотнительный элемент, расположенный в соответствующей канавке, окружают пространство, в которое смазочная жидкость вводится под давлением через соединения, в результате чего как давление поджима уплотнительных элементов, так и уплотняющее действие, препятствующее выходу, могут быть усилены, и вследствие потерь в зазорах обеспечивается смазка на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу.

14. Двигатель по п.13, отличающийся тем, что смазка уплотнительных элементов на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу улучшается посредством подвергания внутренней стенки корпуса, зоны стенки поршня и вращающегося качающегося вала непосредственному воздействию смазочной жидкости из соответствующего пространства через, по меньшей мере, одно калибровочное отверстие в одном или нескольких уплотнительных элементах, при этом пространство заполнено смазочной жидкостью.

15. Двигатель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что соответствующий уплотнительный элемент расположен в, по меньшей мере, одной удерживающей канавке, при этом пространство для пружины, предназначенное для приема пружины, предпочтительно гофрированной пружины, образовано между удерживающей канавкой и уплотнительным элементом, и упругая сила, создаваемая пружиной, расположенной в пространстве для пружины, и действующая на уплотнительный элемент, создает давление поджима уплотнительного элемента к внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемуся качающемуся валу.

16. Двигатель по п.15, отличающийся тем, что соответствующая канавка и уплотнительный элемент, расположенный в соответствующей канавке, окружают пространство, в которое смазочная жидкость вводится под давлением через соединения, в результате чего как давление поджима уплотнительных элементов, так и уплотняющее действие, препятствующее выходу, могут быть усилены, и вследствие потерь в зазорах обеспечивается смазка на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу.

17. Двигатель по п.16, отличающийся тем, что смазка уплотнительных элементов на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу улучшается посредством подвергания внутренней стенки корпуса, зоны стенки поршня и вращающегося качающегося вала непосредственному воздействию смазочной жидкости из соответствующего пространства через, по меньшей мере, одно калибровочное отверстие в одном или нескольких уплотнительных элементах, при этом пространство заполнено смазочной жидкостью.

18. Двигатель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что соответствующая канавка и уплотнительный элемент, расположенный в соответствующей канавке, окружают пространство, в которое смазочная жидкость вводится под давлением через соединения, в результате чего как давление поджима уплотнительных элементов, так и уплотняющее действие, препятствующее выходу, могут быть усилены, и вследствие потерь в зазорах обеспечивается смазка на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу.

19. Двигатель по п.18, отличающийся тем, что смазка уплотнительных элементов на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся валу улучшается посредством подвергания внутренней стенки корпуса, зоны стенки поршня и вращающегося качающегося вала непосредственному воздействию смазочной жидкости из соответствующего пространства через, по меньшей мере, одно калибровочное отверстие в одном или нескольких уплотнительных элементах, при этом пространство заполнено смазочной жидкостью.

20. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из уплотнительных элементов опирается на внутреннюю стенку корпуса, зону стенки поршня или вращающийся качающийся вал и имеет, по меньшей мере, одно углубление, которое уменьшает поверхность контакта уплотнительного элемента с внутренней стенкой корпуса, зоной стенки поршня или вращающимся качающимся валом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателю с качающимися поршнями, содержащему, по меньшей мере, два качающихся поршня, которые вращаются вместе в сферическом корпусе вокруг оси вращения, образованной в центре корпуса, и каждый из которых имеет противоположные консольные элементы поршня, которые при вращении выполняют переменно-возвратные качательные движения в противоположных направлениях относительно оси качания, перпендикулярной оси вращения, при этом направляющие элементы предусмотрены на, по меньшей мере, двух поршнях, причем направляющие элементы входят в, по меньшей мере, одну направляющую канавку, образованную в корпусе для регулирования качательных движений.

Подобные двигатели с качающимися поршнями представляют собой двигатели внутреннего сгорания, в которых рабочие циклы впуска, сжатия, расширения и выпуска в соответствии со способом согласно четырехтактному циклу Отто или Дизеля с внешним воспламенителем или с самовоспламенением выполняются посредством качательных движений поршня между двумя конечными положениями.

Двигатели с качающимися поршнями, известные из патента США № 3075506, документов WO 03067033, DE 10361566 и WO 2005/098202, имеют две рабочие камеры между внутренними сторонами противоположных поршней и две предкамеры или вспомогательные камеры между задними сторонами аналогичных противоположных поршней, которые попеременно открываются и закрываются в противоположных направлениях вследствие качательных движений. В документе WO 2005/098202 данные четыре камеры в совокупности окружены снаружи сферическим корпусом и ограничены с передних сторон соединительным конструктивным элементом поршней, расположенным между консольными элементами поршня, подобно боковым стенкам. Во внутренней зоне вращающийся вал образует по существу цилиндрическую нижнюю поверхность, выровненную соосно относительно оси качания, так что из четырех камер образуются полости, закрытые со всех сторон, при этом полости сообщаются только друг с другом или временно с наружным пространством посредством отверстий в сферическом корпусе для заполнения их текучей средой или освобождения от текучей среды, то есть воздуха, горючей смеси или выхлопного газа.

В предкамерах и рабочих камерах отрицательное давление (разрежение) создается во время заполнения, причем во время сжатия и расширения создается избыточное давление, которое достигает 100 бар в рабочих камерах, что без уплотнительных элементов привело бы к энергоемким потерям давления во время предварительного сжатия, сжатия и расширения и к поступлению смазочной жидкости в камеры. В вышеупомянутых патентных документах не приводится никакой информации относительно уплотнительной системы.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание двигателя с качающимися поршнями с уплотнительной системой, которая обеспечивает возможность удовлетворения настоящих и будущих требований, относящихся к мощности двигателя, расходу смазочной жидкости и значениям выбросов выхлопных газов.

В соответствии с изобретением указанная задача решается посредством создания двигателя с качающимися поршнями, который содержит, по меньшей мере, два качающихся поршня, расположенных в сферическом корпусе, каждый из которых имеет два противоположных консольных элемента поршня и зону стенки поршня, соединяющую два консольных элемента поршня, и который содержит вращающийся качающийся вал, который выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения, расположенной в центре корпуса, при этом качающиеся поршни прикреплены к вращающемуся качающемуся валу таким образом, что качающиеся поршни качаются относительно оси качания, перпендикулярной оси вращения, и во время вращения вращающегося качающегося вала вокруг оси вращения вращаются вместе вокруг оси вращения и при вращении выполняют переменно-возвратные качательные движения относительно оси качания в противоположных направлениях, при этом направляющие элементы предусмотрены на, по меньшей мере, двух поршнях, причем направляющие элементы входят в, по меньшей мере, одну направляющую канавку, образованную в корпусе, для регулирования качательных движений, при этом консольные элементы двух поршней расположены крест-накрест относительно оси качания таким образом, что четыре промежуточных пространства образуются между консольными элементами двух поршней, зонами стенок соответствующих поршней, зоной поверхности вращающегося качающегося вала и внутренней стенкой корпуса, при этом каждое из двух промежуточных пространств образует рабочую камеру, а каждое их других двух промежуточных пространств образует предкамеру и каждый из консольных элементов поршней отделяет одну из рабочих камер от одной из предкамер, при этом двигатель с качающимися поршнями содержит зоны зазоров между частями двигателя, которые смещаются относительно друг друга при вращательных и качательных движениях поршня, причем каждый из качающихся поршней имеет кромки на стороне рабочей камеры и на стороне предкамеры, каждая из которых граничит с, по меньшей мере, одной из зон зазоров и во время работы двигателя выполняет относительные движения относительно внутренней стенки корпуса, вращающегося качающегося вала, а также зон стенок поршней, и содержит устройство для смазки направляющих элементов смазочной жидкостью. Двигатель также содержит уплотнительную систему с уплотнительными элементами в виде уплотняющих полосок или уплотнительных колец для закрытия зон зазоров и содержит приспособление для смазки уплотнительных элементов смазочной жидкостью, причем уплотнительные элементы расположены у кромок или рядом с кромками качающегося поршня таким образом относительно направляющих элементов, соответствующей направляющей канавки, предкамер и рабочих камер, что уплотнительные элементы закрывают с обеспечением герметичности зоны зазоров, препятствуя потере давления в рабочих камерах и предкамерах и дополнительно предотвращают проникновение соответствующей смазочной жидкости в предкамеры и рабочие камеры.

Предпочтительно, одно или более впускных отверстий, предназначенных для заполнения рабочих камер и выполненных во внутренней стенке, а также одно или несколько выпускных отверстий, предназначенных для удаления газообразных продуктов сгорания и выполненных во внутренней стенке, уплотнены против проникновения смазочной жидкости посредством уплотняющих полосок, которые проходят между одной или несколькими направляющими канавками и отверстиями без проникновения в них и которые прикреплены к периферии задних сторон поршней.

Предпочтительно, соответствующие уплотнительные элементы в виде уплотняющих полосок, с одной стороны, устойчиво расположены в, по меньшей мере, одиночных удерживающих канавках, и соответствующие уплотнительные элементы в виде уплотнительных колец - в наклонных канавках, и стороны уплотнительных элементов, по существу противоположные канавкам, с другой стороны, могут перемещаться как уплотняющие поверхности скольжения на смещающихся частях машины.

Предпочтительно, соответственно одна плоская полукруглая канавка образована в каждом случае на боковой поверхности вращающегося качающегося вала вокруг оси качания и на контактной поверхности одного из поршней, примыкающей к боковой поверхности, и уплотнительное кольцо, предпочтительно выполненное из металла и, по выбору, выполненное с пазом с внутренней стороны, которое вставляется в соответствующую полукруглую канавку, используется в качестве уплотнительного элемента между боковой поверхностью и контактной поверхностью поршня, причем предназначенная для пружины зона уплотнительного кольца и плоская зона полукруглых канавок подогнаны так, что тепловые расширения качающегося поршня в направлении оси качания упруго и герметично поглощаются.

Предпочтительно, уплотнительное кольцо, выполненное в виде поршневого кольца, которое окружает качающийся поршень, подобно кругу, и разделено в радиальном направлении, по меньшей мере, один раз, расположено на зоне стенки соответствующего поршня посредством одиночных или двойных наклонных канавок таким образом, что на зоне стенки соответствующего поршня образуется соответственно одна уплотняющая кромка, которая предотвращает выход соответствующего поршневого кольца посредством газообразной текучей среды в результате давления в одной из рабочих камер и, следовательно, выпуск данной текучей среды через одну из наклонных канавок в предкамеры.

Предпочтительно, поршневое кольцо выступает в предкамеры и рабочие камеры.

Предпочтительно, уплотняющая полоска размещена в виде перемычки на, по меньшей мере, одном из консольных элементов поршня на внутренней поверхности рабочей камеры, и уплотняющая полоска, повторяющая контур внутренней поверхности предкамеры, размещена на внутренней поверхности предкамеры, при этом соответствующая уплотняющая полоска имеет контуры, соответствующие внутренним сторонам поршневых колец на каждом из ее концов, при этом указанные контуры проходят под поршневыми кольцами и предотвращают продувку из рабочих камер в предкамеры или поступление смазочной жидкости в соответствующие камеры и служат в качестве фиксатора положения для соответствующей уплотняющей полоски, который предотвращает проникновение соответствующей уплотняющей полоски в направляющую канавку, впускное отверстие и выпускное отверстие во внутренней стенке сферического корпуса во время качательного движения поршня.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна уплотняющая полоска расположена на, по меньшей мере, одном из поршней в каждом случае на стороне, обращенной к внутренней стенке корпуса, при этом уплотняющая полоска выполнена с, по меньшей мере, одним выступом, выступающим в одну из рабочих камер, который вследствие внутреннего давления в соответствующей камере обеспечивает приложение давления к внутренней стенке корпуса и, следовательно, обеспечивает автоматическое уплотнение, препятствующее продувке на стороне корпуса.

Предпочтительно, соответствующая канавка и уплотнительный элемент, расположенный в соответствующей канавке, окружают пространство, в которое смазочная жидкость вводится под давлением через соединения, в результате чего как давление поджима уплотнительных элементов, так и уплотняющее действие, препятствующее выходу, могут быть усилены, и вследствие потерь в зазорах обеспечивается смазка на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся вале.

Предпочтительно, смазка уплотнительных элементов на внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемся качающемся вале улучшается посредством подвергания внутренней стенки корпуса, зоны стенки поршня и вращающегося качающегося вала непосредственному воздействию смазочной жидкости из соответствующего пространства через, по меньшей мере, одно калибровочное отверстие в одном или нескольких уплотнительных элементах, при этом пространство заполнено смазочной жидкостью.

Предпочтительно, соответствующий уплотнительный элемент расположен в, по меньшей мере, одной удерживающей канавке, при этом пространство для пружины, предназначенное для приема пружины, предпочтительно гофрированной пружины, образовано между удерживающей канавкой и уплотнительным элементом, и упругая сила, создаваемая пружиной, расположенной в пространстве для пружины, и действующая на уплотнительный элемент, создает давление поджима уплотнительного элемента к внутренней стенке корпуса, зоне стенки поршня и вращающемуся качающемуся валу.

Предпочтительно, по меньшей мере, один из уплотнительных элементов опирается на внутреннюю стенку корпуса, зону стенки поршня или вращающийся качающийся вал и имеет, по меньшей мере, одно углубление, которое уменьшает поверхность контакта уплотнительного элемента с внутренней стенкой корпуса, зоной стенки поршня или вращающимся качающимся валом.

Таким образом, в соответствии с изобретением как предкамеры, так и рабочие камеры полностью уплотнены, при этом все поверхности камер, которые могут перемещаться относительно друг друга, по направлению к корпусу и по направлению к вращающемуся качающемуся валу, уплотнены в уплотнительных элементах, вокруг уплотнительных элементов и/или герметично закрыты уплотнительными элементами в виде уплотнительных колец и/или уплотняющих полосок. Кроме того, могут быть предусмотрены дополнительные уплотнительные элементы для поддержания отверстий в сферическом корпусе свободными для вентилирования и освобождения рабочих камер от смазочной жидкости.

Особенно предпочтительно, если данные уплотнительные элементы образованы в виде промежуточных элементов таким образом, что они предотвращают непосредственные контакты между поршнями, корпусом, вращающимся качающимся валом и, возможно, другими частями машины, то есть они функционируют в качестве скользящих элементов между поршнем и остальными вышеуказанными деталями двигателя с качающимися поршнями. Дополнительное преимущество достигается, если уплотнительные элементы удерживаются с, по меньшей мере, одной стороны в, по меньшей мере, одной канавке радиально или наклонно по отношению к сферическому корпусу и могут расширяться или сжиматься, например, вследствие натяжения пружины с обеспечением герметичности. Если к данным уплотнительным элементам или удерживающим их канавкам с одной стороны подается смазочная жидкость, помимо предварительного натяжения пружины у наружной стороны создается усилие герметизации и, среди прочего, эффект лабиринтного уплотнения, усиленный смазочной жидкостью, препятствующий протеканию. Таким образом, даже при таких парах материалов, как легкий металл для поршней и серый чугун для половин корпуса, при наличии достаточного монтажного зазора любое тепловое расширение поршней относительно корпуса может быть компенсировано с обеспечением герметичности без заклинивания в результате непосредственных контактов.

Зазоры между качающимися поршнями, установленными на боковых частях качающегося вала, предусмотренных во вращающемся качающемся вале, и сторонами качающегося вала уплотнены в соответствии с изобретением посредством предпочтительно металлических уплотнительных колец, которые в любом случае выполнены с пазом на внутренней стороне, при этом как вращающийся качающийся вал, так и поршни в зоне уплотнительных колец имеют почти полусферические канавки, адаптированные к диаметру уплотнительных колец, расплющенные с некоторым зазором. Следовательно, во время теплового расширения поршней упругоподатливое сжимаемое уплотнительное кольцо может компенсировать данное расширение в зоне расплющивания без потерь давления.

В соответствии с изобретением уплотнение рабочих камер и передних сторон предкамер достигается посредством круглого поршневого кольца с особой формой поперечного сечения. Имеющую форму перемычки уплотняющую полоску размещают на внутренних поверхностях рабочей камеры, в то время как изогнутую уплотняющую полоску, повторяющую контур соответствующей внутренней поверхности предкамеры, размещают на внутренних поверхностях предкамеры. Уплотнение четырех внутренних сторон поршня обеспечивается посредством соответствующих двух внутренних уплотняющих полосок рабочих камер или предкамер. Проникновение смазочной жидкости в отверстия, предназначенные для заполнения и опорожнения рабочих камер в сферическом корпусе, предотвращается или уменьшается посредством придания определенной формы данным отверстиям и посредством уплотняющих полосок, которые подогнаны к ним, изогнуты и расположены на периферии поршней таким образом, что во время вращательных и качательных движений поршня данные отверстия будут уплотнены в боковом направлении, то есть по отношению к смазочной жидкости, проникающей из направляющих канавок.

Изобретение разъясняется ниже со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 - вид в перспективе с разнесением деталей двигателя с качающимися поршнями;

Фиг.2 - вид в сечении по оси качания двигателя с фиг.1;

Фиг.3 - вид в сечении в увеличенном масштабе области А с фиг.2;

Фиг.4 - вид в сечении в увеличенном масштабе области В с фиг.2;

Фиг.5 - вид в сечении по оси качания двигателя с фиг.1;

Фиг.6 - вид в сечении в увеличенном масштабе области А с фиг.5;

Фиг.7 - вид в сечении в увеличенном масштабе области В с фиг.5;

Фиг.8 - вид в сечении в увеличенном масштабе области С с фиг.5; и

Фиг.9 - вид в перспективе с частичным разрезом двигателя с фиг.1.

В частности, фиг.1 представляет собой вид в перспективе с разнесением деталей двигателя 100 с качающимися поршнями, показанного без корпуса 24, при этом двигатель 100 содержит вращающийся качающийся вал 5, вращающийся вокруг оси 45 вращения, содержит два поршня 15, которые установлены на вращающемся качающемся вале 5 на боковых поверхностях 10 вращающегося качающегося вала 5 и могут качаться относительно оси 46 качания, при этом каждый из указанных поршней имеет два консольных элемента 15.1 или 15.2 поршня и зону 7 стенки поршня, соединяющую соответствующие два консольных элемента 15.1 или 15.2 поршня, причем двигатель 100 содержит имеющие форму сферического сегмента куполообразные закрывающие элементы 9, размещенные на поршнях 15, содержит круглые поршневые кольца 14, содержит имеющие форму перемычки уплотняющие полоски 26, размещенные на поршнях 15, и изогнутые уплотняющие полоски 33, размещенные на поршнях 15, содержит гофрированную пружину 48, а также внутренние уплотняющие полоски 1 рабочих камер и внутренние уплотняющие полоски 2 предкамер, содержит металлическое уплотнительное кольцо 12, которое выполнено с пазом на внутренней стороне и расположено вокруг оси 46 качания, и изогнутые уплотняющие полоски 60 на одном из куполообразных закрывающих элементов 9.

На фиг.2 показан двигатель 100 с качающимися поршнями в соответствии с фиг.1, в сечении вдоль направления оси качания, содержащий корпус 24, при этом показано следующее: детали круглых поршневых колец 14; детали наклонных канавок 19, предназначенных для размещения соответствующего поршневого кольца 14 и образованных в соответствующем поршне 15 (в зоне соответствующей зоны 7 стенки поршня); детали пространств 4 для пружин, образованных между одним из поршневых колец 14 и соответствующей наклонной канавкой 19 (как показано на фиг.3), детали металлических уплотнительных колец 12 и плоских уплотнительных канавок 50 во вращающемся качающемся вале 5 и на внутренней стороне поршня в зоне соответствующей зоны 7 стенки поршня (как показано на фиг.4) и впускное отверстие 40 и выпускное отверстие 41 в корпусе 24.

На фиг.5 показан двигатель 100 с качающимися поршнями в соответствии с фиг.1, в сечении вдоль направления оси вращения, с деталями имеющих форму перемычки и изогнутых уплотняющих полосок 26 и 33, размещенных на нем (как показано на фиг.6 и 7), внутренних уплотняющих полосок 1 и 2 рабочих камер и предкамер и соответствующих удерживающих канавок 3 и пространств 4 для пружин (показанных на фиг.8).

На фиг.9 представлен вид в перспективе с частичным разрезом двигателя 100 с качающимися поршнями в соответствии с фиг.1, содержащего сферический корпус 24, на периферии соответствующего поршня направляющие элементы 47, входящие в соответствующую направляющую канавку 39 в корпусе 24 для регулирования качательных движений поршней 15 относительно оси 46 качания, рабочие камеры 17 и предкамеры 30 между поршнями 15 и изогнутую уплотняющую полоску 60 на соответствующем куполообразном закрывающем элементе 9.

Двигатель 100 с качающимися поршнями содержит, среди прочего, сферический корпус 24, вращающийся качающийся вал 5, концы которого установлены в стенке корпуса и который выполнен с возможностью вращения вокруг оси 45 вращения, «расположенной» в центре корпуса, и два качающихся поршня 15, прикрепленных к вращающемуся качающемуся валу 5. Каждый из качающихся поршней 15 имеет два диаметрально противоположных консольных элемента 15.1 и 15.2 поршня относительно оси 45 вращения и закреплен с возможностью поворота относительно вращающегося качающего вала 5 так, что он может качаться относительно оси 46 качания, перпендикулярной оси 45 вращения, таким образом, что качающиеся поршни 15 вращаются вместе вокруг оси 45 вращения во время вращения вращающегося качающегося вала 5 вокруг оси 45 вращения, и, кроме того, при вращении выполняют переменно-возвратные качательные движения в противоположных направлениях относительно оси 46 качания. Для регулирования соответствующего положения поршней относительно оси 45 вращения или оси 46 качания направляющие элементы 47 прикреплены к, по меньшей мере, двум поршням 15 и входят в, по меньшей мере, одну направляющую канавку 39, образованную в корпусе 24, которая предназначена для регулирования качательных движений.

В показанном случае каждый из направляющих элементов 47 представляет собой незакрепленное сферическое тело вращения, которое установлено, каждое, на стороне поршня в удерживающем гнезде, образованном на одном из поршней 15, при этом удерживающее гнездо выполнено с полусферической конфигурацией в соответствии с формой соответствующего тела вращения. Подобные конструкции направляющих элементов в виде тел вращения раскрыты, например, в документе WO 2005/098202.

Два качающихся поршня расположены крест-накрест относительно оси 46 качания.

Промежуточное пространство между (соседними) консольными элементами 15.1 двух поршней, соответствующей зоной 7 стенки одного поршня, зоной 6 одной поверхности вращающегося качающегося вала 5 и внутренней стенкой 20 корпуса образует первую рабочую камеру 17 двигателя 100 с качающимися поршнями, и (противоположное относительно вращающегося качающегося вала 5) промежуточное пространство между (соседними) консольными элементами 15.2 двух поршней 15, соответствующей зоной 7 стенки одного поршня, зоной 6 одной поверхности вращающегося качающегося вала 5 и внутренней стенкой 20 корпуса образует вторую рабочую камеру 17 двигателя 100 с качающимися поршнями.

Соответственно, промежуточное пространство между консольным элементом 15.1 одного из двух поршней 15, консольным элементом 15.2 другого поршня 15, соответствующей зоной 7 стенки одного поршня, зоной 6 одной поверхности вращающегося качающегося вала 5 и внутренней стенкой 20 корпуса образует первую предкамеру 30 двигателя 100 с качающимися поршнями, и (противоположное относительно вращающегося качающегося вала 5) промежуточное пространство между консольным элементом 15.2 одного из двух поршней 15, консольным элементом 15.1 другого поршня 15, соответствующей зоной 7 стенки одного поршня, зоной 6 одной поверхности вращающегося качающегося вала 5 и внутренней стенкой 20 корпуса образует вторую предкамеру 30 двигателя 100 с качающимися поршнями.

Объем соответствующей рабочей камеры 17 и соответствующей предкамеры 30 зависит от мгновенного (фактического) положения поршней 15 и колеблется между минимумом и максимумом во время вращения вращающегося качающегося вала 5 или поршней 15 вокруг оси 45 вращения.

Для обеспечения функционирования двигателя 100 с качающимися поршнями как двигателя внутреннего сгорания топливо может быть впрыснуто через инжекторный клапан 70 с направлением него через корпус 24 (в зависимости от положения поршней 15) заданным образом в одну из двух рабочих камер 17 и затем воспламенено в соответствующей рабочей камере 17, при этом сгорание топлива вызывает качательное движение поршней 15 в соответствующих противоположных направлениях относительно оси 46 качания и, соответственно, вращение поршней 15 или вращающегося качающегося вала 5 вокруг оси 45 вращения.

Двигатель 100 с качающимися поршнями может (как показано на фиг.2-9) функционировать как двигатель с самовоспламенением. Альтернативно, двигатель 100 с качающимися поршнями может быть оснащен свечой зажигания (не показанной на чертежах) для воспламенения топлива, впрыснутого в одну из рабочих камер 17, для обеспечения функционирования двигателя 100 с качающимися поршнями как двигателя с внешним воспламенителем.

Внутренняя стенка 20 корпуса имеет, по меньшей мере, одно впускное отверстие 40 и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 41, которые, с одной стороны, обеспечивают возможность заполнения рабочей камеры 17, соответственно вращающейся мимо впускного отверстия 40, воздухом в случае двигателя с самовоспламенением или воздушно-топливной смесью в случае внешнего воспламенителя и, с другой стороны, обеспечивают возможность удаления выхлопных газов, образованных при сжигании, из выпускного отверстия 41 после вращения данной рабочей камеры 17 приблизительно на 180 градусов вокруг оси 45 вращения. Длины впускного отверстия 40 или выпускного отверстия 41 определяют заданные времена цикла смены текучей среды в двигателе 100 с качающимися поршнями, то есть, таким образом, можно влиять на время открытия или угол поворота при заполнении или удалении. Значения ширины впускного отверстия 40 или выпускного отверстия 41 получены исходя из того, что уплотняющие полоски 60, размещенные на куполообразных закрывающих элементах 9, во время вращения вокруг оси 45 вращения и одновременного качательного движения поршней 15 относительно оси 46 качания должны быть постоянно расположены между данными отверстиями 40, 41 и направляющими канавками 39 и не должны «проникать» в зону отверстий или канавок. В результате отверстия 40, 41 будут защищены от смазочной жидкости, которая может поступать в результате смазки направляющих элементов 47 в направляющих канавках 39 между куполообразным закрывающим элементом 9 и внутренней стенкой 20 корпуса.

Возможные варианты осуществления уплотнительной системы машины с качающимися поршнями в соответствии с изобретением описаны ниже со ссылкой на фиг.1-9.

Как показано на фиг.1-4, уплотнительная система в соответствии с изобретением может состоять из четырех внутренних уплотняющих полосок 1 рабочих камер и четырех внутренних уплотняющих полосок 2 предкамер, при этом указанные уплотнения направляются в одиночных удерживающих канавках 3 посредством пространств 4 для пружин и гофрированных пружин 48, расположенных в пространствах 4 для пружин (но не показанных на фиг.1-4), в данных пространствах 4 для пружин и поджимаются наружу из удерживающих канавок 3 для создания уплотнения на вращающемся качающемся вале 5 в зоне 6 поверхности вращающегося качающегося вала 5 и на зоне 7 стенки поршня, в результате чего в пространства 4 для пружин может подаваться смазочная жидкость из полостей 8 под куполообразными закрывающими элементами 9. Между поверхностями 10 качающегося вала и контактными поверхностями 11 поршней имеются предпочтительно металлические упругие уплотнительные кольца 12, возможно, выполненные с пазами на внутренней стороне, которые вставлены в расплющенные полукруглые канавки 50, которые могут быть заполнены смазочной жидкостью от вращающегося качающегося вала 5 через зазоры 13 для улучшения уплотнения зазора и уменьшения трения.

Круглые, по меньшей мере, однократно разделенные поршневые кольца 14 охватывают качающиеся поршни 15 рядом с по существу плоскими контактными сторонами 16 куполообразного закрывающего элемента 9 и содержат сферический клиновидный крышеобразный профиль 18, который выступает над боковыми стенками 22 рабочих камер 17. Одиночные или, как показано, двойные наклонные канавки 19, предусмотренные в конструкции с качающимися поршнями, окружают пространства 4 для пружин, в которых расположены конусообразно закрученные гофрированные непоказанные пружины 48, а также возможное заполнение смазочной жидкостью под давлением посредством соединения 23 с полостями 8 под куполообразными закрывающими элементами 9 вызывают образование давления поджима к внутренней стенке 20 корпуса. Свободные внутренние поверхности крышеобразного профиля 18 автоматически обеспечат повышение давления поджима на внутренней стенке 20 корпуса во время повышения давления в рабочих камерах 17 посредством воздействия на них. Тем самым усиливается уплотняющий эффект соответствующего поршневого кольца 14.

Зоны 7 стенок поршней предпочтительно выполнены вогнутыми и дугообразными. При данном предположении форма крышеобразного профиля 18 соответствующего поршневого кольца 14 обеспечивает возможность образования рабочих камер 17 или предкамер 30, имеющих особенно большие объемы.

Наклонное положение наклонных канавок 19 служит для закрытия зоны канавок в направлении рабочих камер 17 и предкамер 30 посредством уплотняющих кромок 28 и предотвращения протекания между рабочими камерами 17 и предкамерами 30 даже при наличии зазора между нижними поверхностями 29 канавок и концами поршневых колец 14.

Уплотняющие полоски 26 (далее «А-уплотняющие полоски 26»), размещенные на внутренних поверхностях 25 рабочих камер в виде перемычки, аналогичным образом имеют 1-2 удерживающие канавки 27, выполненные в поршне, проходящие в радиальном направлении к сферическому корпусу 24 вдоль внутренних поверхностей 25 рабочих камер, при этом удерживающие канавки 27 вместе с А-уплотняющими полосками 26 окружают пространства 4 для пружин, в которых спиральные пружины 35 сжатия или гофрированные пружины 48 могут быть окружены со всех сторон. Вместе с центробежной силой, образующейся в результате вращения поршней 15 во время работы двигателя 100 с качающимися поршнями, они гарантируют давление поджима, которое может быть повышено путем подачи смазочной жидкости посредством соединений 23 из полостей 31 в поршнях, что также предотвращает выход А-уплотняющих полосок 26 из рабочих камер 17 в направлении предкамер 30. Кроме того, выступ 61 данной А-уплотняющей полоски 26, выступающий в рабочую камеру, также обеспечивает увеличение давления поджима, действующего на внутреннюю стенку 20 корпуса во время повышения давления.

Уплотняющие полоски 33 (далее «V-уплотняющие полоски 33»), размещенные на внутренних поверхностях 32 предкамер, которые повторяют контур внутренних поверхностей 32 предкамер в виде дуг, проходят в, по меньшей мере, одиночной удерживающей канавке 34, и каждая из данных полосок поджата в центре и с обеих сторон всего 2-6 спиральными пружинами 35 сжатия в отверстиях 36 (каждое из которых образует пространство для пружины) под удерживающей канавкой 34 или конусообразно свернутыми непоказанными пружинами 48 вала к внутренней стенке 20 корпуса. Аналогичным образом, данные полоски могут иметь выступ 61, выступающий в одну из предкамер 30, который обеспечивает увеличение давление поджима V-уплотняющей полоски 33 вследствие влияния внутреннего давления в камере на выступ 61.

Как А-уплотняющие полоски 26, так и V-уплотняющие подоски 33 проходят с обеспечением их подгонки с обеих сторон под поршневыми кольцами 14 и посредством адаптированных контуров 37 или 38 обеспечивают изоляцию нижних сторон поршневых колец от воздействия давления со сторон камер или уплотнение по отношению к выходу смазочной жидкости из заполненных наклонных канавок 19 поршневых колец. В то же время данные полоски удерживаются в заданном положении от смещения посредством поршневых колец 14, и закрытие концов уплотняющих полосок предотвращает возможность прохода соответствующей уплотняющей полоски 26, 33 в направляющие канавки 39 и/или впускное отверстие 40 и/или выпускное отверстие 41 во внутренней стенке 20 сферического корпуса во время качательных движений поршней 15.

В целях обеспечения более высокого удельного давления поджима уплотнительных элементов данные уплотнительные элементы могут быть выполнены с углублениями 42 на скользящей уплотняющей стороне, так что только частичные поверхности 43 будут контактировать с внутренней стенкой 20 корпуса (см. фиг.5). Чем меньше будут выбранные поверхности 43 контакта уплотнительных элементов с внутренней стенкой 20 корпуса, тем больше будет удельное давление поджима данных уплотнительных элементов при заданном поджиме, и таким образом потери, связанные с уплотнением, могут быть снижены в большей степени. Таким образом, обеспечивается лучшее уплотнение в особенности по отношению к давлению газообразных текучих сред, таких как воздух, горючая смесь и газообразные продукты сгорания.

На фиг.2-8 уплотнительные элементы, которые опираются с возможностью скольжения на внутреннюю стенку 20 корпуса во время работы двигателя 100 с качающимися поршнями, показаны без контактирования с ней на коротких расстояниях для лучшего распознавания их контуров.

Если смазка уплотнительных элементов смазочной жидкостью, выходящей сбоку из удерживающих канавок, то есть посредством потерь в зазорах, будет недостаточной, может быть предусмотрено обеспечение непосредственной смазки из пространств 4 для пружин через калибровочные отверстия 44 в уплотнительном элементе до скользящей стороны, обращенной к внутренней стенке 20 корпуса, сторонам стенок поршней и/или вращающемуся качающемуся валу 5, при этом пространства 4 для пружин заполнены смазочной жидкостью.

На каждом куполообразном закрывающем элементе 9 две уплотняющие полоски 60 предусмотрены на стороне, обращенной к внутренней стенке 20 корпуса. Уплотняющие полоски 60 обеспечивают уплотнение соответствующего куполообразного закрывающего элемента 9 относительно внутренней стенки 20 корпуса, и их задачей является защита впускного отверстия 40 и выпускного отверстия 41 от избыточного проникновения смазочной жидкости.