Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и позволяет повысить надежность работы двигателя при высоких динамических нагрузках, возможность форсировки (увеличения мощности) двигателя за счет изменения (увеличения) рабочего хода и устойчивости поршня, исключая возможность его перекоса и заклинивания. В процессах сгорания и расширения газы принуждают поршня 3 к поступательному движению, которое воспринимается сферическими телами (шарами) 6, расположенными в выполненных полусферических гнездах 5 на поршне и в цилиндре. Сферические тела, находясь в сочленении с пазами 2, выполненными в цилиндре 1, и с пазами 4, выполненными на поршнях 3, вынуждены катиться по криволинейным бесконечным профилям этих пазов, преобразуя тем самым поступательное движение поршня во вращательное, которое передается от сферических тел (шаров) на поршни. Вращательное движение от поршней передается на выходной вал 7 с помощью шестерен 8, через шлицевые втулки 10, связанные с поршнями, и шлицевых валов 9, на которых также установлены шестерни 8. Причем шлицевые вал и втулка в совокупности выполняют функцию передаточного механизма. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.

Известны конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, например двигатель Баландина, двигатель Ванкеля.

Двигатель Баландина (см. Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. - М: Машиностроение, 1972) содержит по меньшей мере цилиндр, поршень, шток, камеру сгорания, коленчатый вал. В двигателе Баландина преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется при помощи коленчатого вала специальной конструкции.

Двигатель Ванкеля (см. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигаталей. Под редакцией Орлина А.С. и др. -М. : Машиностроение, 1980, с.253) содержит корпус, ротор, камеру сгорания, источник воспламенения, выходной вал. В этом двигателе усилие от давления газов передается непосредственно вращающемуся ротору, а от ротора выходному валу.

Наиболее близким к предлагаемому двигателю является бесшатунный двигатель (см. заявку ФРГ N 3831451, кл. F 02 B 75/32, 1990). Он содержит цилиндр с криволинейными бесконечными пазами на его внутренней поверхности, поршень, выходной вал, шестерни, камеру сгорания, топливную систему, механизм газораспределения и передаточный механизм. В этом двигателе поршень связан с цилиндром при помощи сферических тел, а с выходным валом через шестерни и шлицевой вал.

Недостатком данного двигателя является ограниченная надежность, то есть плохая приспособляемость к восприятию высоких динамических нагрузок. Это связано с плохой устойчивостью поршня при перемещении его между крайними мертвыми точками, что может вызвать перекос поршня и его клинение в цилиндре.

Изобретение решает задачу повышения надежности работы двигателя при высоких динамических нагрузках, повышения возможности форсировки (увеличения мощности) двигателя за счет изменения (увеличения) рабочего хода и повышения устойчивости поршня, тем самым исключая возможность его перекоса и клинения.

Указанная задача решается тем, что в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр с криволинейными бесконечными пазами на его внутренней поверхности, поршень, выходной вал, камеру сгорания, форсунку, механизм газораспределения, передаточный механизм, согласно изобретению на боковой поверхности поршня выполнен бесконечный криволинейный паз, соответствующий по форме и амплитуде упомянутому выше пазу цилиндра, кроме того двигатель снабжен по крайней мере одной дополнительной парой сферических тел, при этом все сферические тела расположены попарно диаметрально противоположно.

Наличие дополнительного паза, выполненного на боковой поверхности поршня, и дополнительных сферических тел (шаров) позволяет получить дополнительную связь поршня с цилиндром, тем самым повышается поверхность опоры поршня. То есть вместо двух диаметрально противоположных точек опоры поршня, как у прототипа, в данном изобретении этих точек четыре, и они так же диаметрально противоположны при любом положении поршня при его движении от крайних мертвых точек.

Совокупность заявленных признаков позволяет в значительной мере повысить надежность работы двигателя при высоких динамических нагрузках, повысить устойчивость поршня, тем самым исключить возможность перекоса и возможность клинения поршня в цилиндре.

На фиг.1 изображен разрез двигателя; на фиг.2 - сечение А-А.

Двигатель включает цилиндр 1 с выполненными на части длины его внутренней поверхности бесконечными криволинейными пазами 2, поршень 3 с выполненными на его боковой поверхности криволинейными бесконечными пазами 4, имеет, как и цилиндр, по паре полусферических гнезд 5, куда установлены сферические тела 6 (шары), которые входят в сочленение с соответствующими пазами на цилиндре и поршне. Поршни связаны с выходным валом 7 через шестерни 8 и шлицевые валы 9, которые посредством шлицов находятся в сочленении со шлицевыми втулками 10, закрепленными на поршнях. Поршни при схождении в совокупности с цилиндром образуют камеру сгорания 11. В поршне цилиндра установлены форсунки 12, выполнены продувочный 13 и выпускной 14 ресиверы. Выходной вал установлен в подшипниках 15.

Двигатель работает как двигатель с прямоточной схемой газообмена с противоположно движущимися поршнями следующим образом. В процессах сгорания и расширения газы принуждают поршни 3 к поступательному движению, которое воспринимается сферическими телами 6 (шарами), расположенными в выполненных полусферических гнездах 5 на поршне и в цилиндре. Сферические тела, находясь в сочленении с пазами 2, выполненными в цилиндре 1, и с пазами 4, выполненными на поршнях 3, вынуждены катиться по криволинейным бесконечным профилям этих пазов, преобразуя тем самым поступательное движение поршня во вращательное, которое передается от сферических тел (шаров) на поршни. Вращательное движение от поршней передается на выходной вал 7 с помощью шестерен 8 через шлицевые втулки 10, связанные с поршнями, и шлицевых валов 9, на которых также установлены шестерни 8. Причем шлицевые вал и втулка в совокупности выполняют функцию передаточного механизма. Перемещение поршней от НМТ к ВМТ обеспечивается установленным на выходном валу маховиком (не показан).

Таким образом, выполненный на поверхности поршня бесконечный криволинейный паз и наличие пар сферических (шаров) как в поршне, так и в цилиндре, позволяет повысить устойчивость поршня, тем самым исключая возможность его перекосов и клинения, так как поршень опирается в четырех диаметрально противоположных точках, а также повысить надежность двигателя при высоких динамических нагрузках.

Предлагаемый двигатель может использоваться в личном, фермерском хозяйстве, а также на приусадебном участке как многофункциональный двигатель. А именно в качестве источника механической энергии на минитракторах, мотоблоках, мотокультиваторах, для привода компактных генераторов электрической энергии, гидронасосов и других целей. Кроме простоты конструкции, малой массы и габаритов, а также полной уравновешенности, этот двигатель удобен еще и тем, что отбор мощности можно осуществлять с обоих концов выходного вала, что удобно при работе с двигателем.

Формула изобретения

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями, содержащий цилиндр с криволинейными бесконечными пазами на его внутренней поверхности, поршень, связанный с цилиндром при помощи сферических тел и взаимодействующий через шестерни с выходным валом, камеру сгорания, топливную систему, механизм газораспределения, передаточный механизм, отличающийся тем, что на боковой поверхности поршня выполнен бесконечный криволинейный паз, соответствующий по форме и амплитуде упомянутому пазу цилиндра, кроме того, двигатель снабжен по крайней мере одной дополнительной парой сферических тел, при этом все сферические тела расположены попарно диаметрально противоположно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2