Пропеллерный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение надежности за счет повышения эффективности смазки подвижных деталей двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что на внутриполой оси двигателя жестко укреплены два пропеллерообразных поршня с минимальным зазором между ними и соответствующими головками. Между поршнями к цилиндру прикреплена смазывающая головка с зазором масляной пленки к поршням, форма которой полностью повторяет форму поршня, но имеет отверстия для подвода и отвода смазывающего масла, а центральное отверстие обеспечивает свободное движение внутриполой оси. К торцевой и тыльной сторонам смазывающей головки прикреплены с возможностью вращения два подпружиненных замка, имеющих форму поршней и абсолютно сопрягающихся с поршнями и смазывающей головкой. Замки снабжены отверстиями подвода - отвода масла, а также механизмом включения процесса их подпружинивания с помощью противолежащего от замка поршня, перед его приходом в положение окончания такта. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к моторостроению.

Известны различные типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [1].

Известен пропеллерный ДВС по патенту США [2].

Такой ДВС при работе предполагает большое потребление смазочных материалов. При подаче масла под давлением на трущиеся поверхности граней лопастей поршня и головки, конструктивно невозможно собрать и отвести отработавшее масло из рабочих камер и камер сгорания. Это приводит к угаранию и выхлопу смазывающего материала, что экономически и экологически неоправданно.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанного недостатка, на обеспечение полноценной смазки ДВС по [2] без излишнего расхода масла. Для достижения этой цели устраняется сама причина недостатка, а именно, устраняется необходимость смазывания трущихся граней пропеллерообразных поверхностей поршня и головок внутри рабочих камер.

Для этого в ДВС по [2] на внутриполой оси жестко укреплен второй поршень, идентичный первому, и между поршнями к цилиндру прикреплена смазывающая головка. Форма такой головки идентична форме поршней, но центральное отверстие обеспечивает свободное передвижение внутри полой оси. Эффект достигается тем, что смазываются только поверхности поршней, сопрягающиеся со смазывающей головкой, а поверхности поршней и головок в рабочих камерах работают с зазором между собой и в их смазывании нет необходимости.

На фиг.1 представлен общий вид пропеллерного ДВС с двумя поршнями и смазывающей головкой, на фиг.2 изображено концентрическое сечение пропеллерного ДВС, развернутое из кольца на плоскость в момент середины такта, на фиг.3 - то же, в момент середины другого такта, на фиг.4 изображен фрагмент концентрического сечения смазывающей головки развернутого из кольца на плоскость, в сборе с замками в прижатом их состоянии, на фиг.5 изображен фрагмент концентрического сечения ДВС, развернутого из кольца на плоскость, в сборе с замками, в момент перед окончанием такта, на фиг.6 изображен фрагмент концентрического сечения ДВС, развернутого из кольца на плоскость, со скругленными ребрами, в момент захода поршня на плавную траекторию, на фиг.7 - то же, в момент окончания такта.

На фигурах обозначено: утолщенной стрелкой - направления вращения и движения поршней (рабочий ход), пунктирной стрелкой - направление возможного движения замков, утолщенной линией - зоны поступления смазки на поршни.

На фиг.1 в цилиндре 1 жестко укреплены левая 2 и правая 3 головки с механизмом газораспределения, по оси которых с возможность вращения установлен коренной вал 4, с которым через шлицевое скользящее соединение 5 подвижно соединена внутриполая ось 6. На оси 6 жестко укреплены левый 7 и правый 28 двусторонние пропеллерообразные сплошные поршни. Между ними с цилиндром 1 жестко соединена смазывающая головка 29, поверхность которой абсолютно сопрягается с поверхностями поршней. Все три головки (2, 3 и 29) установлены так, что при движении поршней 7 и 28, между ними и головками имеется зазор под масляную пленку (под давлением) и зазор толщины рабочего нагара. На гранях и ребрах смазывающей головки имеются отверстия для подачи масла в зоны смазки, совпадающие с пятном контакта, которое изменяется по мере продвижения поршней, а также имеются отверстия для свободного стока отработавшего масла.

Двигатель работает следующим образом. Под действием воспламененной рабочей смеси левой стороны поршни 7 и 28 одновременно совершают вращательно-поступательное движение к правой 3 головке (фиг.2), при этом, по мере продвижения поршней, в зоны смазки 30 из смазывающей головки 29, через очередные отверстия, под давлением, подается масло, образуя масляный клин и обеспечивая зазор 31 между поверхностями поршня 28 и головки 3, не допуская их соприкосновения и трения, а комплект маслосъемных и компрессионных зигзагообразных колец исключает поступление масла в рабочие камеры. Аналогичным образом при вращательно-обратном движении подается масло под давлением в зоны смазки 32 (фиг.3) и не допускается соприкосновения поверхностей поршня 7 и головки 2 в зонах зазоров 31.

Таким образом, за счет дополнительного поршня и смазывающей головки обеспечивается полноценная смазка трущихся поверхностей пропеллерного ДВС, без подачи масла в рабочие камеры.

При работе пропеллерного ДВС возможен случай, когда система зажигания двигателя не точно отрегулирована, например установлено позднее зажигание. Тогда в момент окончания четвертого такта при переходе на первый такт поршень не получит достаточного толчка для приобретения вращательно-поступательного движения и может отскочить назад, что приведет к разрушению деталей ДВС. Кроме того, при переходе поршней от одного такта к другому возникает момент минимального пятна контакта поршней со смазывающей головкой и в результате возникает повышенная удельная нагрузка в пятне контакта, что также приводит к разрушению деталей двигателя.

Для исключения указанных недостатков смазывающая головка снабжена подпружиненными замками, которые в момент окончания такта автоматически ограничивают движение поршня только одним направлением и увеличивают пятно контакта, причем в момент повышенной нагрузки.

На фиг.4 на смазывающей головке 29, с возможностью вращения в пределах одной грани и в направлении против рабочего хода по направляющим 33, укреплены замок 34 для левого поршня и замок 35 для правого поршня. Форма замков полностью повторяет форму поршней и головок, и замки абсолютно сопрягаются с поршнями и смазывающей головкой. В теле смазывающей головки 29, в каждой второй грани лопастей левой и правой стороны, в соответствующих местах, в отверстиях, установлены пружины левой 36 и правой 37 стороны. Рычаги 38 левой стороны имеют безлюфтовый контакт с соответствующей гранью замка 37, и имеют возможность вращения вокруг осей 39 и возможность сжатия пружин 36, которые имеют безлюфтовый контакт с замком 34 левой стороны. Аналогичным образом устроена система подпружинивания замков правой стороны. Кроме того, грани замков имеют отверстия для отвода отработавшей смазки и смазывающие сопла, сопряженные с отверстиями смазывающей головки.

Устройство работает следующим образом. На фиг.5 при подходе поршня 7 к окончанию такта, он оказывает давление на подпружиненный в предыдущем такте замок 34 левой стороны, а поршень 28 одновременно с этим сдерживает от движения замок 35 правой стороны. При дальнейшем движении поршней замок 34 воздействует на пружины 36 и рычаги 40 правой стороны, в результате чего оказывается подпружиненным замок 35 правой стороны, который удерживается от движения соответствующими гранями поршня 28 правой стороны. При завершении такта поршень 28 освобождает замок 35, который под действием сжатых пружин 36 и 37 перемещается в положение ограничения обратного хода поршня, а на всю увеличившуюся контактирующую поверхность поршня в этот момент, через смазывающие сопла замка, подается масло под давлением.

Таким образом, замки на смазывающей головке обеспечивают, во-первых, увеличение пятна контакта трущихся поверхностей, что снижает на них удельные нагрузки в момент начала такта и соответственно увеличивается срок их службы, а во-вторых, обеспечивается движение поршней только в одном направлении, что предохраняет от разрушения детали двигателя при плохой регулировке его систем.

При работе пропеллерного ДВС в моменты окончания-начала тактов, из-за резкого изменения траектории движения поршней практически под прямым углом, (например в поршневом ДВС в моменты окончания-начала тактов, поршни изменяют траекторию еще более резко, - на 180°, что приводит к его жесткой работе и недолговечности) двигатель работает жестко, а его детали испытывают повышенные нагрузки, что снижает долговечность двигателя.

С целью устранения такого недостатка двигатель имеет скругленые ребра лопастей. За счет этого двигатель имеет плавную траектория движения поршней и растянутый такт воспламенения рабочей смеси, что обеспечивает более мягкую работу пропеллерного ДВС.

На фиг.6 внутренние 41 и внешние 42 ребра головок 2 и 3 скруглены с радиусом скругления R. Между ними находится поршень 7, внутренние ребра 43 которого скруглены с радиусом скругления, примерно равному удвоенному R. Причем высота Н хорды скругления внутренних и внешних ребер головок вдвое меньше высоты 2Н хорды скругления внутреннего ребра поршня.

Двигатель работает следующим образом. На фиг.6 поршень 7 находится в стадии окончания первого такта левой стороны, в момент начала контакта с криволинейными поверхностями. На него оказывают давление газы от горения рабочей смеси в камере 44 и он совершает вращательно-поступательное движение по плавной траектории, задаваемой опорными поверхностями внутреннего скругленного ребра поршня и скругленной поверхностью внешнего ребра головки 3. Одновременно в камере 45 происходит сжатие рабочей смеси правой стороны и перепускание ее в сжатом состоянии в камеру сгорания 10. Далее поршень достигает точки окончания первого такта (фиг.7), где под действием газов горения в камере сгорания правой стороны, а также с помощью маховика, по плавной траектории, задаваемой формой лопастей головки 3, преодолевает критическую точку окончания-начала такта и переходит в следующий такт. При этом в камеру сгорания правой стороны продолжает постепенно впрыскиваться сжатая рабочая смесь из камеры 45, плавно добавляя мощность газам горения.

Таким образом, в результате округления всех ребер лопастей на головках и только внутренних ребер лопастей на поршне, двигатель приобретает растянутый процесс горения рабочей смеси и скругленную траекторию движения поршня. В результате двигатель работает плавно и без стуков.

Источники информации

1. Бирюков Б.Н. От водяного насоса до квантового ускорителя. - М.: Машиностроение, 1990.

2. Харитонов Б.П. Заявка на патент РФ. Пропеллерный двигатель внутреннего сгорания, от 29 января 2002 г., № 2002104305/06.

Формула изобретения

1. Пропеллерный двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности полноценного смазывания трущихся поверхностей, на внутриполой оси жестко укреплен второй пропеллерообразный сплошной поршень с минимальным зазором между ним и соответствующей головкой, а между поршнями к цилиндру прикреплена смазывающая головка с зазором масляной пленки к поршням, форма которой полностью повторяет форму поршня, но имеет отверстия для подвода и отвода смазывающего масла, а центральное отверстие обеспечивает свободное движение внутриполой оси.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения вращения поршней только в одну сторону и увеличения площадей пятна контакта опорных поверхностей в момент начала такта, к торцевой и к тыльной сторонам смазывающей головки с возможностью вращения в пределах одной грани без потери контакта с гранью головки в направлении против хода поршня прикреплены два подпружиненных замка, имеющих форму поршней и абсолютно сопрягающихся с поршнями и смазывающей головкой, снабженные отверстиями подвода - отвода масла, а также снабженные механизмом включения процесса их подпружинивания с помощью противолежащего от замка поршня, перед его приходом в положение окончания такта.

3. Двигатель по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения плавности его работы, внутренние и внешние ребра головок скруглены с радиусом скругления меньшим половины высоты лопастей, причем внешние ребра поршня не скруглены, а внутренние ребра скруглены с радиусом скругления, равным удвоенному радиусу скругления ребер головок, а высота хорды скругления ребер головок вдвое меньше высоты хорды округления внутренних ребер поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7