Круговой двигатель с отключающейся поршневой группой

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение экономичности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндропоршневую группу, механизм газораспределения и выходное звено. Согласно изобретению, механизм газораспределения для каждого рабочего цилиндра включает смонтированную на корпусе ось. На оси жестко закреплена шестерня с отверстием, кинематически связанная с выходным звеном, и установлены свободно диск с отверстием, кинематически связанный со штоком поршня, а также с возможностью продольного перемещения фиксатор с пальцем, размещенным в отверстии шестерни для введения его в отверстие диска. Причем фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с элементами, кинематически связанными соответственно с впускным и выпускным клапанами. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к двигателестроению.

Из уровня техники известны роторно-поршневые двигатели, содержащие торообразную рабочую камеру, поршень, связанный с валом отбора мощности (авт. св. 527520, 1974). Основным недостатком известного устройства является конструктивная сложность выполнения элементов связи поршня с валом для передачи крутящего момента, направленного в одну сторону.

Наиболее близким к изобретению является кольцевой роторно-поршневой двигатель, содержащий торообразную рабочую камеру с газораспределительными окнами, сообщенными с системой подачи топлива и продувки, поршень со штоком, связанный посредством рычажных элементов с валом отбора мощности (патент РФ 2086786, 1997), предусматривающий включение (отключение) дополнительных камер сгорания в зависимости от условий эксплуатации.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, низкая надежность системы газораспределения и отвода отработанных газов.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании простой конструкции двигателя с отключаемыми из работы рабочими цилиндрами цилиндропоршневой группы, лишенных вышеперечисленных конструктивных технологических недостатков.

Указанный результат достигается тем, что в двигателе, содержащем цилиндропоршневую группу, механизм газораспределения и выходное звено, механизм газораспределения для каждого рабочего цилиндра включает смонтированную на корпусе ось, на которой свободно установлен диск с отверстием, кинематически связанный со штоком поршня рабочего цилиндра, жестко - шестерня с отверстием, кинематически связанная с выходным звеном, и с возможностью продольного перемещения фиксатора с пальцем, размещенным в отверстии шестерни, для введения его в отверстие диска, причем фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с элементами, кинематически связанными соответственно с впускным и выпускным клапанами.

Между диском и шестерней могут быть расположены фрикционные диски сцепления для предотвращения ударных нагрузок при перемещении фиксатора. Выходное звено может быть выполнено в виде зубчатого колеса, в венце которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены элементы, контактирующие с толкателями, подпружиненными относительно соответствующих цилиндров.

Для гарантированного попадания пальца фиксатора в отверстие диска в последнем выполняется заходная канавка. По условиям компоновки оси вращения шестерни и зубчатого колеса могут быть расположены под углом друг к другу, а рабочие цилиндры - центрально симметричны.

Для отжатия клапанов от седел толкатели выполняются с заостренными концами.

Кроме того, диск и шестерня могут иметь по меньшей мере по одному дополнительному отверстию, а фиксатор - по меньшей мере один дополнительный палец, каждый из которых размещен в соответствующем отверстии шестерни с возможностью введения в соответствующее отверстие диска, а все пальцы фиксатора и соответствующие им отверстия расположены на различных расстояниях от оси.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан схематично двигатель в плане; на фиг.2 - сечение А-А, на фиг.1; на фиг.3 - вариант выполнения двигателя с осями поворота шестерни и зубчатого колеса, расположенными под углом друг к другу.

Двигатель включает в себя корпус 1 с ограничителями 2 для осевой фиксации свободно установленного на оси 13 шатунного диска 3, имеющего отверстие, шестерню 4 также с отверстием, жестко установленную на оси 13, и фиксатор 5 с пальцем, размещенным в отверстии диска с возможностью продольного перемещения и введения в отверстие шестерни. В венце зубчатого колеса 6 (выходное звено) с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения размещены элементы 7, контактирующие с толкателями 8, имеющими заостренные концы для взаимодействия с клапанами 9. Толкатели 8 установлены в направляющих 10 и подпружинены относительно цилиндров 11.

Для открытия клапанов используются регулируемые упоры 12.

Работает предлагаемый двигатель следующим образом.

Двигатель 4-тактный, симметричный, имеет 4 цилиндра - I, II, III, IY, расположенные в одной плоскости и развернутые под углом 90^o последовательно друг к другу. I цилиндр центрально симметричен III, II-IY.

Зубчатое колесо (маховое) 6 расположено над цилиндрами и входит в зацепление с приводной шестерней 4 в зоне 16 (см. фиг.2). На колесе 6 смонтированы два подвижных сегмента (элемента) 7, служащих для перемещения толкателей 8 механизма газораспределения.

Колесо 6 находится в постоянном зацеплении с приводной шестерней 4, установленной в корпусе 1. Радиус колеса 6 в два раза больше радиуса шестерни 4, т.е. при полном обороте колеса 6 шестерня 4 делает два оборота. Это позволяет обеспечить фазы газораспределения в соответствии с определенным положением поршней независимо от факта включения или отключения работы любого цилиндра в произвольный момент времени. Наличие двух сегментов 7 исключает, в принципе, неправильную последовательность газораспределения относительно положения поршней.

На одной оси 13 с приводной шестерней 4 находится фиксатор 5, который при перемещении по оси 13 разъединяет или соединяет диск 3 с приводной шестерней 4, т. е. обеспечивает необходимый режим работы двигателя. В рабочем состоянии фиксатор 5 находится в зацеплении с приводной шестерней 4 и шатунным диском 3 отжимает подвижные сегменты 7 механизма газораспределения: на фиксаторе 5 предусмотрена ступенька, позволяющая открывать сначала выпускной клапан, а затем впускной.

Подвижные сегменты 7, в свою очередь, при помощи толкателя 8 открывают клапан 9.

Сегменты 7 расположены в разных плоскостях и взаимодействуют с соответствующими плоскостями ступеньки 15 фиксатора 5. Сегменты 7 приводят в движение все восемь толкателей 8 всех четырех цилиндров в последовательности, заданной расположением фиксатора и кинематикой двигателя.

Для исключения проскальзывания пальца фиксатора 5 в момент включения на диске 3 предусмотрена заходная канавка (см. фиг.4, 5).

В звене фиксатор 5 - приводная шестерня 4 - шатунный диск 3 при включении в рабочий режим возникнут ударные, вибрационные нагрузки, для смягчения которых и для балансировки в фиксаторе 5 можно увеличить количество пальцев и, соответственно, в диске 3 и шестерне 4 выполнить столько же соответствующих отверстий. Пальцы фиксатора 5 и соответствующие отверстия под них выполняются на разных расстояниях от оси 13 во избежание неправильного включения узлов: приводная шестерня 4 - шатунный диск 3.

Как видно из особенностей конструкции, предлагаемый двигатель расходует значительно (от 30%) меньше горючего, т.к. можно отключить часть цилиндров при остановках, при равномерном движении.

Работа всех четырех цилиндров нужна лишь при разгоне, крутом подъеме и пр.

Заводить двигатель можно всего одним цилиндром.

Процесс эксплуатации легко регулировать в экологически правильном режиме.

От существующей принятой схемы 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания отличается следующим.

1. Цилиндры расположены в одной плоскости круга, симметрично относительно вертикальной и горизонтальной осям.

2. В механизме газораспределения отсутствует распредвал, а открытие клапанов происходит при помощи толкателей, зависящих кинематически от положения поршня, номера такта (1 - сжатие, 2 - рабочий ход, 3 - выхлоп, 4 - впуск) и от положения фиксатора: он спущен - в этом случае цепь включения газораспределения замкнута, и весь механизм работает по предложенной схеме; он поднят - тогда кинематическая цепь разрывается, возвратно-поступательное движение поршня прекращается, клапаны прижаты к седлам.

Цепь зажигания должна быть также связана с положением фиксатора. Когда фиксатор в нижнем положении - цепь зажигания включена, когда фиксатор в верхнем положении - цепь разомкнута.

Для более рационального размещения узлов двигателя не обязательно, чтобы маховое колесо 6 и приводная шестерня 4 находились в одной плоскости (или их оси параллельно друг другу), что облегчит компоновку отвода газов, охлаждения, вентиляции и пр.

Для исключения ударных нагрузок в узле фиксатор-диск нужно использовать диски сцепления 14 - верхний подвижный, нижний - неподвижный для выравнивания угловых скоростей диска 3 и приводной шестерни 4, для более плавного их соединения.

Механизм включения не показан, однако из существа изобретения следует, что включение и отключение сцепления связано с перемещением фиксатора 5.

Формула изобретения

1. Двигатель, содержащий цилиндропоршневую группу, механизм газораспределения и выходное звено, отличающийся тем, что механизм газораспределения для каждого рабочего цилиндра включает смонтированную на корпусе ось, на которой свободно установлен диск с отверстием, кинематически связанный со штоком поршня рабочего цилиндра, жестко - шестерня с отверстием, кинематически связанная с выходным звеном, и с возможностью продольного перемещения - фиксатор с пальцем, размещенным в отверстии шестерни, для введения его в отверстие диска, причем фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с элементами, кинематически связанными соответственно с впускным и выпускным клапанами.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что между диском и шестерней расположены фрикционные диски сцепления.

3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выходное звено выполнено в виде зубчатого колеса.

4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что кинематическая связь элемента с соответствующим клапаном выполнена в виде толкателя, подпружиненного относительно цилиндра.

5. Двигатель по п. 3 или 4, отличающийся тем, что элементы расположены в венце зубчатого колеса.

6. Двигатель по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что диск выполнен с заходной канавкой для выступа кулачка.

7. Двигатель по любому из пп. 3-6, отличающийся тем, что оси вращения шестерни и зубчатого колеса расположены под углом друг к другу.

8. Двигатель по любому из пп. 4-7, отличающийся тем, что толкатель выполнен с заостренным концом для отжимания клапана от седла.

9. Двигатель по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что рабочие цилиндры расположены центрально-симметрично.

10. Двигатель по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что диск и шестерня имеют по меньшей мере по одному дополнительному отверстию, а фиксатор - по меньшей мере один дополнительный палец, каждый палец размещен в соответствующем отверстии шестерни с возможностью введения в соответствующее отверстие диска, а все пальцы фиксатора и соответствующие им отверстия расположены на различных расстояниях от оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5