Орбитальный двигатель внутреннего сгорания

Классификация по МПК: F01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2629525
Дата публикации: 
Вторник, Август 29, 2017
Начало действия патента: 
Понедельник, Апрель 11, 2016

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом изобретения является повышение мощности и надежности двигателя внутреннего сгорания. Орбитальный двигатель внутреннего сгорания содержит вал отбора мощности, переднюю и заднюю крышки, блок цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом и клапанную группу, при этом к шатуну поршня присоединен ролик, опирающийся на эллиптическую дорожку, блок цилиндров своими цапфами опирается на раму, имеет опорные подшипники, смонтированные на цапфах блока цилиндров, при этом поршни кривошипно-шатунного механизма установлены в цилиндрах параллельно друг другу и смещены относительно оси блока цилиндров, при этом в камере сгорания блока цилиндров выполнены вертикальные отверстия для подачи топливной смеси и установки свечи зажигания, к шатуну поршня также присоединена тяга, на другом конце тяги с помощью кронштейна установлены клапана, при этом шатун подшипниками, установленными на оси ролика, опирается на эллиптический выступ, выполненный внутри крышек. 4 з.п. ф-лы, 11 ил


Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания [F02B 59/00].

Из уровня техники известен орбитальный двигатель Сарича [https://ru.wikipedia.org/wiki/Орбитальный_двигатель], содержащий расположенный на валу ротор с семью лопатками с плечами, межлопастное пространство - поршень, статор с газораспределительным механизмом, состоящий из семи камер сгорания, впускного и выпускного устройств, выполненных в виде клапанов, 7 свечей зажигания, 7 направляющих лопаток в продольном направлении, 7 направляющих лопаток в поперечном направлении, стабилизирующие эксцентрики, систему водяного охлаждения и искрового зажигания, торцевое уплотнение ротора.

Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная тем, что подвижные детали в нагруженном состоянии находятся в движении, что при наличии высокого давления и трения скольжения приводит к быстрому изнашиванию контактируемых деталей.

Также известен двигатель Ванкеля [https://ru.wikipedia.org/wiki/Роторно-поршневой_двигатель], как наиболее перспективный из семейства роторных двигателей в котором ротор выполняет функцию поршня. Ротор, представляющий собой треугольник с дугообразными сторонами, расположен на эксцентрике выходного вала. Все три вершины ротора во время его вращения непрерывно соприкасаются со стенкой рабочей полости корпуса и делят рабочий объем на три изолированные камеры, в которых совершается четырехтактный цикл. За один оборот ротора происходит три вспышки. Выходной эксцентриковый вал вращается в три раза быстрее, чем ротор. Газораспределение и охлаждение осуществляется с помощью каналов в корпусе двигателя.

Недостатком двигателя является низкая надежность, обусловленная тем, что эксцентрично посаженный на выходном валу ротор, создающий инерционные нагрузки на вал, приводит к интенсивному износу зубьев колеса и ротора, т.к., вращаясь относительно своей оси, ротор одновременно обкатывается вокруг неподвижного зубчатого колеса при помощи внутризубчатого венца.

Наиболее близким по технической сущности является 2-тактный орбитальный двигатель Гойтемирова [http://www.youtube.com/watch?v=VPbXycGxjhl], опубл. 05.01.2011, содержащий вал отбора мощности, переднюю и заднюю крышки, состоящий из блока цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом и клапанной группой, при этом к шатуну поршня присоединен ролик, опирающийся на эллиптическую дорожку, блок цилиндров своими цапфами опирается на раму, имеются опорные подшипники, смонтированные на цапфах блока цилиндров.

Недостатком прототипа является низкая мощность и надежность двигателя, обусловленные потерей энергии поступательного движения поршня при прямом «лобовом» ударе поршня через шатун и ролик на эллиптическую дорожку, а также повышением износа деталей кривошипно-шатунного механизма при «лобовом» ударе.

Техническим результатом изобретения является повышение мощности и надежности двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат достигается за счет того, что заявлен орбитальный двигатель, содержащий вал отбора мощности, переднюю и заднюю крышки, состоящий из блока цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом и клапанной группы, при этом к шатуну поршня присоединен ролик, опирающийся на эллиптическую дорожку, блок цилиндров своими цапфами опирается на раму, имеются опорные подшипники, смонтированные на цапфах блока цилиндров, отличающийся тем, что поршни кривошипно-шатунного механизма установлены в цилиндрах параллельно друг другу и смещены относительно оси блока цилиндров, при этом в камере сгорания блока цилиндров выполнены вертикальные отверстия для подачи топливной смеси и установки свечи зажигания, к шатуну поршня также присоединена тяга, на другом конце тяги с помощью кронштейна установлены клапана, при этом шатун подшипниками, установленными на оси ролика, опирается на эллиптический выступ, выполненный внутри крышек.

В частности, блок цилиндров выполнен цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя внутреннего сгорания.

В частности, тяга выполнена с возможностью передачи поступательного движения поршня клапанам.

В частности, эллиптический выступ в передней и задней крышках выполнен с возможностью совершения возвратного движения поршня в цилиндре.

В частности, передняя и задняя крышки соединены между собой с помощью болтового соединения через уплотнительную прокладку.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен общий вид блока цилиндров.

На фиг. 2 представлен общий вид кривошипно-шатунного механизма.

На фиг. 3 представлен общий вид кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.

На фиг. 4 представлен общий вид блока цилиндров в сборе.

На фиг. 5 представлен общий вид орбитального двигателя внутреннего сгорания в продольном разрезе.

На фиг. 6 представлен общий вид орбитального двигателя внутреннего сгорания в поперечном разрезе.

На фиг. 7 представлен общий вид передней крышки.

На фиг. 8 представлен общий вид задней крышки.

На фиг. 9 представлен общий вид орбитального двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 10 представлена схема работы орбитального двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 11 представлена схема работы орбитального двигателя внутреннего сгорания и распределение сил.

На чертежах обозначено: 1 - блок цилиндров, 2 - отверстие для цилиндра, 3 и 4 - отверстие для стакана клапана, 5 - свечное отверстие, 6 - отверстие для подачи топливной смеси, 7 и 8 - поршень, 9 и 10 - цапфа блока цилиндров, 11 - палец поршня, 12 и 13 - шатун, 14 - подшипник ролика, 15 и 16 - ось ролика, 18 и 19 - ролик, 20-23 - опорный подшипник шатуна, 24 и 25 - гильза цилиндра, 26 и 27 - тяга, 28 и 29 - кронштейн, 30-33 - стакан клапана, 34 и 35 - опорный подшипник, 36 - передняя крышка, 37 - задняя крышка, 38 - эллиптическая дорожка, 39 - эллиптический выступ, 40 и 41 - сальники, 42 - рама.

Осуществление изобретения

Двигатель внутреннего сгорания состоит из цельнолитого блока цилиндров 1 (см. Фиг. 1), кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.

В верхней и нижней сторонах блока цилиндров 1 параллельно друг другу в обратном порядке выполнены несквозные отверстия 2 для установки гильзы 24 и 25 цилиндров (см. Фиг. 2), при этом отверстия смещены в противоположные стороны относительно центральной оси блока цилиндров 1. В стороне, противоположной отверстиям 2, выполнены отверстия для установки стаканов клапанов 3 и 4. На боковых сторонах блока цилиндров 1 выполнены цапфы 9 и 10, внутри каждой из которых выполнено свечное отверстие 5 и отверстие для подачи топливной смеси 6 в камеру сгорания блока цилиндров 1.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из поршней 7 и 8 (см. Фиг. 6), внутри которых установлены пальцы 11, удерживающие шатуны 12 и 13. С обратной стороны шатунов 12 и 13 на осях 15 и 16 смонтированы подшипники 14, на которых установлены ролики 18 и 19. С внешней стороны осей 15 и 16 шатунов 12 и 13 установлены опорные подшипники 20, 22 и 21, 23 соответственно.

Ролики 18 и 19 выполнены с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршней 7 и 8 во вращательное движение.

Газораспределительный механизм состоит из тяг 26 и 27, одной стороной которые соединены с помощью втулок (не показаны) с шатунами 12 и 13, другой стороной соединены со стаканами клапанов 30, 31 и 32, 33 с помощью кронштейнов 28 и 29 соответственно.

Ролики 18 и 19 опираются на эллиптическую дорожку 38, выполненную в задней крышке 37, а опорные подшипники 20 и 22 шатуна 12 и опорные подшипники 21, 23 шатуна 13 опираются на эллиптический выступ 39, выполненный в передней 36 и задней 37 крышках.

Крышки 36 и 37 опираются на опорные подшипники 34 и 35, установленные на цапфах 9 и 10 блока цилиндров 1, при этом блок цилиндров 1 этими же цапфами 9 и 10 неподвижно опирается на раму 42. Передняя 36 и задняя 37 крышки соединены между собой с помощью болтового соединения через уплотнительную прокладку (не показаны). В центральных отверстиях крышек 36 и 37 вокруг цапф 9 и 10 установлены сальники 40 и 41. Передняя крышка 36 соединена в валом отбора мощности (не показан).

На раме 42 установлен карбюратор и помпа охлаждения двигателя (не показаны).

Изобретение используется следующим образом.

Ось X и ось У (см. Фиг. 10) проходят через центр масс двигателя с эллиптической дорожкой 38. Сила, действующая на двигатель в точке опоры С шатуна 12 на ролик 18 в момент рабочего хода поршня 7 при взрыве топливной смеси в камере сгорания, с учетом того, что центр массы маховика проходит по оси У, заставляя провернуться по ролику 18 против часовой стрелки, так как образуются два плеча ВА и СА относительно точки А, лежащей на оси У, проходящей через центр масс.

Кроме того, в точке опоры С шатуна 12 в момент рабочего хода поршня 7 действует сила F1 (см. Фиг. 11), направленная вверх по оси шатуна 12, и сила реакции опоры F2, направленная к центру по оси, проходящей через центр массы (центра фиксации) и точку опоры С шатуна 12. Вектор результирующей силы F1+F2 направлен против часовой стрелки, что также заставляет совершать вращательное движение против часовой стрелки вокруг центра масс двигателя.

Технический результат - повышение мощности и надежности двигателя - достигается за счет того, что поршни 7 и 8 кривошипно-шатунного механизма установлены в гильзах цилиндров 24 и 25 параллельно друг другу и смещены относительно оси блока цилиндров 1, при этом расстояние между осевой линией Y и осью роликов 18 и 19 шатунов 12 и 13 составляет от 65 до 85 мм, в зависимости от хода поршня 7 и 8, что создает большое плечо (рычаг Архимеда) и, соответственно, больший крутящий момент из-за отсутствия прямого удара поршня 7 и 8 через шатун 12 и 13 на ролик 18 и 19 и потери энергии при прямом ударе.

Технический результат - повышение надежности двигателя - достигается за счет того, что в конструкции двигателя применяется традиционный двигатель внутреннего сгорания, блок цилиндров 1 которого размещен неподвижно внутри двигателя, а крутящий момент создается за счет преобразования энергии от взрыва топливной смеси в возвратно-поступательное движение кривошипно-шатунного механизма, который толкает ролики 18 и 19 по эллиптической дорожке 38.

Формула изобретения

1. Орбитальный двигатель внутреннего сгорания, содержащий вал отбора мощности, переднюю и заднюю крышки, состоящий из блока цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом и клапанной группой, при этом к шатуну поршня присоединен ролик, опирающийся на эллиптическую дорожку, блок цилиндров своими цапфами опирается на раму, имеются опорные подшипники, смонтированные на цапфах блока цилиндров, отличающийся тем, что поршни кривошипно-шатунного механизма установлены в цилиндрах параллельно друг другу и смещены относительно оси блока цилиндров, при этом в камере сгорания блока цилиндров выполнены вертикальные отверстия для подачи топливной смеси и установки свечи зажигания, к шатуну поршня также присоединена тяга, на другом конце тяги с помощью кронштейна установлены клапана, при этом шатун подшипниками, установленными на оси ролика, опирается на эллиптический выступ, выполненный внутри крышек.

2. Орбитальный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что блок цилиндров выполнен цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя внутреннего сгорания.

3. Орбитальный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что тяга выполнена с возможностью передачи поступательного движения поршня клапанам.

4. Орбитальный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что эллиптический выступ в передней и задней крышках выполнен с возможностью совершения возвратного движения поршня в цилиндре.

5. Орбитальный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что передняя и задняя крышки соединены между собой с помощью болтового соединения через уплотнительную прокладку.