Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве источника механической энергии. Техническим результатом является повышение надежности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, гильзу и поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочленение с криволинейными бесконечными пазами. Согласно изобретению, на наружной поверхности поршня выполнено n криволинейных бесконечных замкнутых пазов, каждый из которых представляет собой N-периодную кривую. Причем каждый из пазов, начиная со 2-го, сдвинут по фазе относительно предыдущего на величину 2π/(N×n), а профиль каждого последующего тела вращения, начиная со 2-го, выполнен отличным от предыдущего. При этом профиль каждого из пазов, начиная со 2-го, выполнен соответствующим сочлененному с ним телу вращения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве источника механической энергии в машинных механизмах наземного, водного и воздушного транспорта, а также в мобильных и стационарных энергетических установках различного назначения.

Известна конструкция бесшатунного двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2196237, МПК 7 F 02 В 75/32), содержащая поршни, цилиндр с пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм с роликами, камеру сгорания, форсунку, механизм газораспределения и выходной вал. Каждый поршень снабжен подвижным соединением, включающим вал с площадками, ходовые ролики, опирающиеся с двух сторон на указанные площадки и установленные на траверсе, на противоположных концах расположены ролики преобразующего механизма, при этом конфигурация продольного профиля паза цилиндра представляет собой замкнутую, многопериодную, несимметричную в направлении, перпендикулярном к развертке, с несколькими экстремумами объемную канавку.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями (патент РФ 2057948, МПК 6 F 01 B 9/06), содержащий корпус, гильзу цилиндра с криволинейным замкнутым пазом, выполненным в ее нижней (по отношению к камере сжатия и сгорания) части, поршни, механизмы преобразования, которые представляют собой ролики, установленные на пальцах, находящихся в поршнях, и штоки, закрепленные на поршнях и связанные с шестернями выходного вала посредством роликов, находящихся в прямолинейных пазах ступицы шестерен.

Основными недостатками вышеуказанных двигателей являются следующие:

- повышенное содержание вредных веществ в выпускных газах двигателя и, как следствие, относительно высокая токсичность отработавших газов, а также значительный уровень шума, излучаемого двигателем в окружающую среду, обуславливаемый недостаточной степенью расширения рабочего тела;

- относительно высокие температуры выпускных газов, что ведет к перегреву двигателя внутреннего сгорания.

Наиболее близкой к предлагаемому двигателю является конструкция бескривошипного двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2156871, МПК 7 F 02 B 75/26, F 01 B 9/06), который содержит цилиндр, гильзу и поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочленение с криволинейным бесконечным пазом, выполненным на наружной поверхности поршня. На выходном валу установлена пружина, имеющая предварительное сжатие. Один конец пружины опирается на буртик выходного вала, а другой - на нижний торец юбки поршня. Такая конструкция способствует частичной разгрузке стенок канавки от чрезмерных контактных напряжений в период сгорания.

Основные недостатки такого двигателя следующие:

- установленная в двигателе пружина лишь частично снимает значения контактных напряжений;

- на режимах частичных нагрузок ввиду установки пружины, отрегулированной под номинальный режим работы, происходит неравномерная работа двигателя вследствие того, что пружина не может обеспечить нормальную работу двигателя на всех его режимах работы.

- ухудшение, вследствие вышеназванной причины, пусковых качеств двигателя.

В основу предлагаемого изобретения положено решение технической задачи, заключающееся в уменьшении контактных напряжений в сопряжении "тело вращения - криволинейный паз", а также в повышении сбалансированности работы двигателя на режимах пониженной и частичной нагрузок.

Решение технической задачи достигается тем, что в бескривошипном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, гильзу, поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочленение с криволинейными бесконечными пазами, согласно изобретению на наружной поверхности поршня выполнено n криволинейных бесконечных замкнутых пазов, каждый из которых представляет собой N-периодную кривую, причем каждый из пазов, начиная со 2-го, сдвинут по фазе относительно предыдущего на величину 2π/(N×n), при этом профиль каждого последующего тела вращения, начиная со 2-го, выполнен отличным от предыдущего, а профиль каждого из пазов, начиная со 2-го, выполнен соответствующим телу вращения, сочлененному с ним.

Профили тел вращения и соответствующих им криволинейных пазов выполнены в следующей последовательности: ступенчатыми, трапециевидными, овальными.

Профили тел вращения и соответствующих им криволинейных пазов выполнены в следующей последовательности: трапециевидными, ступенчатыми, овальными.

Профили тел вращения и соответствующих им криволинейных пазов выполнены в следующей последовательности: овальными, ступенчатыми, трапециевидными.

Совокупность заявленных признаков позволяет снизить нагрузку на замкнутые криволинейные пазы, выполненные на боковых поверхностях поршней, что обеспечивает надежность двигателя на всех режимах работы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен разрез двигателя; на фиг.2 - развертка боковой поверхности поршня с осевыми линиями пазов; на фиг.3 - варианты профилей пазов и тел вращения.

Двигатель включает цилиндр 1, гильзу 2 с выполненными в стенках отверстиями 3 и установленными в них телами вращения 4, поршень 5, на боковых поверхностях которого выполнены замкнутые пересекающиеся пазы 6, причем каждый из пазов, начиная со 2-го, сдвинут по фазе относительно предыдущего на величину 2π/(N×n), при этом профиль каждого последующего тела вращения, начиная со 2-го, выполнен отличным от предыдущего, а профиль каждого из пазов, начиная со 2-го, выполнен соответствующим телу вращения, сочлененному с ним. В совокупности поршень 5, тела вращения 4 и пазы 6 представляют передаточный механизм. Причем поршень связан с выходным валом 7 при помощи поршневого пальца 8 с установленными на нем цилиндрическими роликами 9. Выходной вал установлен в подшипниках 10 и 11, и на нем установлен маховик 12.

Поршень при положении в ВМТ в совокупности с цилиндром образуют камеру сгорания 13. В корпусе цилиндра установлена свеча зажигания 14, имеются продувочный 15 и выпускной 16 каналы.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает как двигатель с кривошипно-камерной схемой газообмена следующим образом.

В процессе сгорания и расширения газы принуждают поршень 5 к поступательному движению, которое воспринимается передаточным механизмом, включающим паз 6, выполненными на наружной поверхности поршня. Пазы, находясь в сочленении с телами вращения 4, расположенными в выполненных в стенках цилиндра 1 и гильзы 2 отверстиях 3, вынуждают поршень совершать одновременно возвратно-поступательное движение и вращение. Вращательное движение поршня передается на выходной вал 7 при помощи поршневого пальца 8 с цилиндрическими роликами 9. Данный выходной вал продольном направлении остается неподвижным, а поршень имеет возможность движения вдоль этого вала. Перемещение поршня от НМТ к ВМТ обеспечивается за счет энергии, накопленной маховыми массами.

При такой конструкции передаточного механизма двигателя уменьшаются нагрузки в сопряжении "тело вращения - криволинейный паз", а также обеспечивается симметричное нагружение опор силами давления газов и силами инерции и повышение мощности пропорционально увеличению числа периодов N.

Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания может быть использован в качестве ДВС для транспортных машин и других мобильных и стационарных потребителей, а также насоса или компрессора для создания избыточного давления рабочего тела и транспортировки (перекачки) газов, жидкостей, смесей, взвесей, суспензий и других агентов в различных отраслях промышленности и хозяйства.

1. Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, гильзу, поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочленение с криволинейными бесконечными пазами, отличающийся тем, что на наружной поверхности поршня выполнено n криволинейных бесконечных замкнутых пазов, каждый из которых представляет собой N-периодную кривую, причем каждый из пазов, начиная со 2-го, сдвинут по фазе относительно предыдущего на величину 2π/(N×n), при этом профиль каждого последующего тела вращения, начиная со 2-го, выполнен отличным от предыдущего, а профиль каждого из пазов, начиная со 2-го, выполнен соответствующим телу вращения, сочлененного с ним.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что профили тел вращения и соответствующих им криволинейных пазов выполнены в следующей последовательности: ступенчатыми, трапециевидными, овальными.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что профили тел вращения и соответствующих им криволинейных пазов выполнены в следующей последовательности: трапециевидными, ступенчатыми, овальными.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что профили тел вращения и соответствующих им криволинейных пазов выполнены в следующей последовательности: овальными, ступенчатыми, трапециевидными.