Прямодействующий симметричный двигатель внутреннего сгорания

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ 63 52 57 Комитет Российской Федерапии по патентам и товарным знакам(76) Казаков Виктор Васильевич(54) ПРЯМОДЕЙСТВУЮЩИЙ СИММЕТРИЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Использование: двигателестроение. Сущностьизобретения: два поршня соединены штоком 52, всередине которого жестко закреплен цилиндричес(в) К (11) 2002084 С 1(51) 5 Г 02 В 75 28 кий диск 57, являющийся поршнем в цилиндрической камере 58 и выполненный заодно с четырьмя симметрично расположенными рычагами 59 - 62, установленными в направляющих 63 - 66 и передающими усилия от поршней на маятниковые рычаги. Цилиндрическая камера 58 выполнена с выточкой и связана с системой подачи рабочей смеси в цилиндры и с системой продувки. 15 ил.2002084 Составитель В,КазаковТехред М,Моргентал Корректор М.Петрова актор Т,Юрчико Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента113 С 35, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 31 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 10Изобретение относится к двигателестроению, а именно к прямодействующимсимметричным двигателям внутреннего сгорания со свободно движущимися поршнями, 5Известен прямодействующий симметричный двигатель внутреннего сгорания сосвободно двигающимися поршнями (см. например, Кожин В,К, и Левин Б.Р. Двигателисо свободно движущимися поршнями, М,. 10Мвшгиз, 1968).Указанный двигатель имеет низкий КПДвследствие высоких потерь на преодолениеинерционных сил веса поршней и высокийрасход топлива. 15Известен также двигатель внутреннегосгорания со свободно движущимися поршнями, содержащий систему подачи топливав цилиндры, систему зажигания смеси и систему продувки цилиндров от продуктов 20сгорания топлива (патент США В 2980086,кл. 123-46, 1959),Этот двигатель имеет низкий КПДвследствие того. что разбегающиеся поршни отрицательно влияют на полное использование момента расширения сгораемойсмеси (камер сгорания три), часть смеси догорает, не участвуя в работе двигателя, приэтом потери в КПД возникают от приведения в движение механизма принудительного охлаждения, При холостых и среднихоборотах неэффективно расходуется воздушно-бензиновая смесь. Потери КПД возникают вследствие приведения в движениемеханизма принудительной продувки и наполнения рабочих обьемов цилиндровсмесью, большего передаточного отношения от прямолинейного движения поршнядо вала отбора мощности через механизмпреобразования этого движения, Двигатель 40имеет большой вес и неудовлетворительныеэкологические характеристики,В предлагаемом двигателе оба поршняжестко соединены штоком, на середине которого жестко закреплен цилиндрический 45диск, являющийся поршнем в цилиндрической камере и выполненный заодно с четырьмя симметрично расположеннымирычагами, установленными в направляющих и передающими его усилия, а также 50связанными с системой синхронизации через маятниковые рычаги, а цилиндрическаякамера, в которой расположен цилиндрический диск, имеет цилиндрическую вь 1 точку ис помощью каналов соединена как с системой подачи рабочей смеси в цилиндры двигателя, так и с системой продувки их отпродуктов сгорания топлива.На фиг. 1 показан общий вид двигателя;на фиг. 2 - разрез опорного вала с системой подачи рабочей смеси в двигатель и шарнирные опорные точки маховика; на фиг, 3 - двигатель, вмонтированный в маховик; на фиг. 4 - то же, в разрезе; на фиг. 5 - схема продувки; на фиг, 6 и 7 - схема работы двигателя и этапы продувки и перекрытия поршнями цилиндров двигателя (направление движения поршней показаны стрелкой); на фиг. 8 - общий вид механизма синхронизации и зажимного устройства; на фиг. 9, 10, 11, 12 - вырезы механизма зажимного устройства; на фиг. 13 - разрез системы подводящих каналов системы продувки цилиндров; на фиг, 14 - возможный вариант работы насоса-форсунки (дизельный вариант); на фиг. 15 - разрез зажимного устройства.Маховик 1 вращается в нижней плите 2 станины 3 валом 4 отбора мощности во втулке 5. Верхняя плита 6 станины 3 имеет опорный вал 7 переходного диаметра, неподвижно закрепленный на плите 6. Вал 7 шейками 8, 9 фиксируется, вращаясь, во втулках 10, 11 маховика 1, На шейке 12 вала 7 между щеками 13, 14 свободно установлены центральный 15 и боковые 16, 17 диски. Центральный диск 15 жестко соединен с коромыслом 18, которое свободно насажено на шейках 19, 20 опорного вала 7, Диски 15, 16, 17 шарнирно связаны между собой поперечными отверстиями а, б, в, в которых на шпильках 21 закреплены стягивающие пружины 22, Диски 15, 16, 17 шарнирно связаны между собой поперечными рычагами 23, 24, которые установлены в окнах г диска 15, В боковых дисках 16, 17 встроены поворотные втулки 25, 26, к которым на осях 27, 28 шарнирно закреплены поперечные рычаги 23, 24, а к центральному диску 15 указанные рычаги шарнирно закреплены посредством оси 29. Рычаги 23, 24 установлены под углом друг к другу. Центральный диск 15 выполнен с кольцевым пазом д и торцовыми уступами е с обеих сторон диска. Боковые диски выполнены с торцовыми выступами 30, 31, расположенными против кольцевых уступов е центрального диска, и с кольцевыми выступами 32, 33, которые имеют переходные скосы ж по диаметру и з по торцу. Выступы взаимодействуют с роликами 34-41, установленными на опоркой площадке 42, которая закреплена внутри маховика. Опорная площадка 42 имеет фиксатор 43, взаимодействующий с кольцевым пазом д диска 15, Коромысло 18 осями 44 шарнирно связано с тягой 45. которая осью 46 шарнирно соединена с балкой 47, в которую вмонтированы рычаги двигателя. В корпусе маховика 1 соосно вмонтированы цилиндры 48, 49, в которые поочередно вхо 20020845 10 15 20 25 30 35 40 50 55 дят соответственно поршни 50, 51, выполненные с общим штоком 52. На внешних торцах цилиндров 48, 49 в отверстиях 53. 54 с резьбой установлены запальные свечи 55, 56. На штоке 52 жестко закреплен цилиндрический диск 57, являющийся поршнем в цилиндрической камере 58 и выполненный заодно с четырьмя рычагами 59 - 62. Рычаги предназначены для передачи движения диска 57 и перемещаются в направляющих отверстиях 63-66 корпуса маховика 1. Камера 58 каналами 67, 68 соединена с выхлопными каналами 69, 70 и с помощью прорезей в выхлопных каналах - с цилиндрами 48, 49, В камере 58 выполнена кольцевая выточка 71, соединенная с впускным каналом 72, который заканчивается лопа-. стью 73, рычаги 59, 60 заканчиваются буфером 74, а рычаги 61, 62 передают усилие на систему синхронизации и зажимное устройство через балку 47, Впускное окно 75 проходит через верхнюю плиту 6, опорный вал 7 переходного диаметра и через четыре прорези 76 для прохождения смеси, Шейка имеет герметичные сальники 77, 78. В корпусе маховика 1 и в валу 4 отбора мощности выполнены каналы 79 прохождения дизельного топлива (дизельный вариант). Насос- форсунка 80 работает от кулачка с рычагом 81. Работает двигатель следующим образом.Происходит сжатие в цилиндре 48 и от свечи 55 смесь воспламеняется. Поршень 50 от энергично расширяющихся газов двигается вдоль оси цилиндра 48: Открывается прорезь в выхлопном канале 69 и отработанные газы устремляются в окно этого канала. Одновременно происходит перемещение диска 57 вместе с рычагами 59-62 в направляющих отверстиях 63 - 66. В начальной стадии движения диска 57 вследствие его резкого изменения направления смесь в продувочном канале 68 продолжает своедвижение, имея силу инерционного эффекта, и продолжает продувать цилиндр 49. При дальнейщем перемещении диска 57 в камере 58 к центру в момент прохода кольцевой выточки 71, которая необходима для лучшего заполнения камеры 58 смесью, поступающей со всех сторон диска 57, сокращая момент заполнения камеры 58 и создавая беспрерывное движение смеси в подводящем канале 72 благодаря перепаду атмосферного давления, возникающего в выточке 71, из подводящего канала 72 поступает топливная смесь под определенным давлением в дальнюю относительно точки вращения маховика 1 полость камеры 58 благодаря вакууму, который возник вследствие движения диска 57 (фиг. 7),Дополнительное давление происходит благодаря вращению маховика 1 и лопастям 73, которые создают своей конструкцией определенную тягу смеси и давления в подводящем канале, В то же время в ближайшей к центру (относительно движения диска 57) полости камеры 58 происходит сжатие смеси и под давлением через продувочный канал 67 она поступает в цилиндр 48, вытесняя оставшиеся в нем продукты сгорания.Поршень 51, продолжая поступательное движение к центру, перекрывает продувочный канал 68. а затем выхлопной канал 70 и сжимает смесь в цилиндре 49, которая или самовоспламеняется, или зажигается от свечи 56, и поршень 51 под действием газов меняет направление и начинает двигаться от центра вращения по цилиндру 49. Цикл повторяется.При поступательном движении поршня от центра вращения маховика 1 его усилие передается через рычаги 61, 62 на балку 47 и далее через ось 46 на тягу 45 и ось 44 на коромысло 18, при этом коромысло поворачивается.В первоначальном положении кольцевые выступы 32, 33 находятся на роликах 38 - 41 (боковые диски 16, 17 отжаты от щек 13, 14 благодаря скосу а и перепаду расстояния по торцу выступов 32, 33). Вместе с коромыслом 18 поворачивается центральный диск 15, при этом рычаги 23, 24 за счет инерционного торможения боковых дисков 16, 17, закрепленных на концах рычагов 23, 24, и малого угла последних стремятся заклинить диски 16, 17 со щеками 13, 14 опорного вала 7.Кольцевые выступы 32, 33, скользящие по роликам 38 - 41, на первом этапе движения дисков 15, 16, 17 не позволяют последним заклиниваться в щеках 13, 14 опорного вала 7(в первоначальный момент движения поршня, когда скорость его мала и не достигает необходимой скорости вращения маховика 1, передаваемого им в обратный момент движения на коромысло, включение механизма заклинивания создает отрицательное влияние на работу последнего, т.е. дисками 16. 17 и щеками 13, 14 тормозя вращение маховика, и лишь в определенном положении поворота дисков 15. 16, 17 при увеличении скорости движения поршня кольцевые выступы 32, 33 дисков 16, 17 соскальзывают по скосам з на низшую ступень и ролики 38 - 41 не мешают дискам 16, 17 соприкасаться со щеками 13, 14. Одновременно подпружиненные ролики 34-37. на2002084 В дальнейшем при торможении поршня возникают усилия, направленные на расклинивэние зажимного устройства, при этом при движении центрального диска 15 в противоположном направлении инерционные массы дисков 16, 17 нажимают на рычаги 23, 24 и отходят от щек 13, 14, прижимаясь к центральному диску 15, который своими торцовыми частями уступов е захватывает торцовые части выступов 30, 31 боковых дисков 16, 17, и зажимное устройство поворачивается в исходное положение, Кольцевые выступы 32, 33 находят на роли 40 45 50(56) Патент США М 4385597,кл, Г 02 В 33/Об, 1983,Формула из обре те н и ясредней части которого жестко закрепленПРЯМОДЕЙСТВУЮЩИЙ СИММЕТ- компрессионный поршень, систему подачи РИЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО топливовоздушной смеси, сообщенную с СГОРАНИЯ, содержащий корпус, по край компрессорным цилиндром, систему эажиней мере пару соосно расположенных ра- гания, причем компрессорный цилиндр собочих цилиндров, между которыми общен с рабочими цилиндрами, выполнен компрессионный цилиндр, уста- отличающийся тем, что двигатель снабжен новленные в рабочих цилиндрах поршни, выходным валом с маховиком и кожухом жестко связанные между собой штоком, в меховика, ось которых перпендикулярна бегая на скос ж, создают необходимое торможение дисков 16, 17, и малый угол раствора рычагов 23, .24 приводит к возникновению трения и последующему заклиниванию дисков 15, 16, 17 со щеками 13, 14 опорного вала 7,Вследствие малого угла раствора рычагов 23, 24 при увеличении усилия вращения центрального диска величина заклинивания увеличивается пропорционально крутящему моменту центрального диска и торможению щек 13, 14, После заклинивания 15, 16, 17 со щеками 13, 14 зажимное устройство, включая коромысло 18, стоит на одном месте, Но рабочий ход поршня, двигающегося от центра вращения, давит на балку 47 через ось 46, на тягу 45 и далее на ось 44, и в этих точках происходит работа устройства, балка 47, удаляясь от центра вращения, через ось 44 тянет эа коромысло 18, которое стоит на одном месте по отношению к щекам 13.14 опорного вала 7, В данном случае поворачивается сам маховик 1 относительно оси 44 за счет удаления балки 47, которую двигает рабочий ход поршня. После заклинивания центробежная сила всей массы буферов 74, частично поршней и всего механизма стремится переместиться от центра и затормозить вращение маховика 1, но зажимное устройство, упершись в щеки 13, 14, не позволяет остановиться маховику 1, и разгоняемый рабочим ходом поршня маховик 1 наращивает обороты, передавая их на жестко закрепленный на нем вал 4 отбора мощности. ки 34-41, Происходит очередное торможение поршняПри обратном ходе поршня к центру вращения маховика 1 центр тяжести перемещается к центру вращения маховика за счет буферов 74 и частично поршней двигателя, что создает крутящий момент, Он пропорционален крутящему моменту маховика и скорости перемещения центра тяжести к центру размещения маховика 1. Одновременно зажимное устройство возвращается в исходное положение. Цикл повторяется.Рабочий ход маховика 1, который использует силу собственного вращения, работает на режимах, наивыгоднейших для такой конструкции, т,е. набирая допустимое максимальное число оборотов маховика, после чего включая в работу поршни и зажимное устройство и используя инерционную силу вращения маховика до достижения последним минимального числа оборотов. После этого можно снова включить рабочий ход поршня, чередуя работу зажимного устройства и перемещения центра тяжести, снова набирать обороты маховика до допустимых максимальных пределов числа его оборотов, Цикл повторяется,При обратном ходе диска 15 взаимодействие торцовых уступов е в нем с торцовыми выступами 30, 31 воспринимается диском 15 и обеспечиваются плавность работы и долговечность двигателя,При повороте дисков 16. 17 относительно диска 15 происходят перемещения рычагов 23, 24 вдоль оси 29 в окне г и поворот втулок 25. 26 в дисках 16, 17. Пружины стабилизируют действие дисков 16, 17, стремясь подтянуть их при возвратном ходе диска 15 к последнему, Но в момент включения дисков 16, 17 действие пружин 22 легко преодолевается. Зажимное устройство работает как по авт, св, М 548739 с той лишь разницей, что там вращается опорный вал, здесь же происходит более сложное взаимодействие элементов механизма при включении,5 10 15 20 25 30 3510 2002084 7 оси цилиндров, механизмом преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение выходного вала, системой продувки цилиндров, компрессионный поршень выполнен с четырьмя стержнями, расположенными параллельно оси цилиндров, установленными в кожухе маховика и связанными с рычагами механизма преобразования, компрессионный цилиндр выполнен с кольцевым пазом в средней части и связан при помощи каналов с системой продувки цилиндров.