Двигатель с поршнями, расположенными параллельно приводному валу - RU2427719C2

Код документа: RU2427719C2

Чертежи

Показать все 20 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, в котором поршни расположены с возможностью поступательного перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала. Поступательное перемещение поршня преобразуется во вращательное посредством, по меньшей мере, одной качающейся шайбы. Головки двух поршней расположены в одной и той же камере сгорания. Таким образом, двигатель характеризуется противоположными перемещениями пар поршней вдоль осей, параллельных оси приводного вала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ В ОБЛАСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Двигатели, в которых поршни расположены с возможностью поступательного перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, известны, например, из Европейского патентного документа ЕР 0052387 и патента США-№4202251.

Проблемы известных двигателей, содержащих параллельные поршни, связаны с износом качающихся шайб. Качающаяся шайба содержит внешнее кольцо и внутреннюю ступицу, которая удерживается и вращается в кольце на подшипниках, которые обычно являются игольчатыми подшипниками. Ступица прикреплена к приводному валу под углом так, что поступательное перемещение кольца посредством поршней заставляет внутреннюю ступицу и вал вращаться. Качающаяся шайба испытывает высокие обороты и пиковые давления, и часто не хватает смазки в соединениях между ступицей и кольцом и между кольцом и поршнем.

Настоящее изобретение предлагает двигатель с параллельными поршнями, имеющий более высокую эффективность сгорания и обеспечивающий улучшенное сгорание топлива при меньшем количестве вредных газов.

Настоящее изобретение также предлагает двигатель с параллельными поршнями, обеспечивающий улучшенную турбулентность воздуха или кислорода, содержащего смесь газа и топлива, в камере сгорания.

Настоящее изобретение, кроме того, предлагает двигатель с параллельными поршнями, обеспечивающий улучшенное заполнение газообразными продуктами сгорания и/или их улучшенный выпуск.

Настоящее изобретение, кроме того, предлагает также усовершенствования двигателя, ведущие к уменьшению износа качающихся шайб, уменьшению вибрационного шума, более эффективному сгоранию и перемещению поршней.

Предложенный двигатель, таким образом, является усовершенствованным двигателем, обеспечивающим решение одной или более проблем известных двигателей и/или имеющим одно или более преимуществ по сравнению с известными двигателями с параллельными поршнями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:

приводной вал, имеющий центральную ось;

по меньшей мере одну камеру сгорания;

по меньшей мере первый и второй поршни, расположенные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в одной и той же камере сгорания,

причем первый поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток первого поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток второго поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси.

В соответствии с изобретением расстояние между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока первого поршня отличается от расстояния между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока второго поршня. При использовании такого варианта стало возможным достигнуть улучшенного поступательного перемещения с уменьшенными вибрацией и шумами.

Преимущественно отношение D1/D2 находится между 1,01 и 3, предпочтительно между 1,05 и 2 и наиболее предпочтительно между 1,1 и 1,5, где D1 является расстоянием между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока первого поршня, a D2 - расстоянием между центральной осью приводного вала и соединительным элементом штока второго поршня

Согласно преимущественному варианту выполнения шток первого поршня имеет ось, расположенную на первом расстоянии от центральной оси приводного вала, а шток второго поршня имеет ось, расположенную на втором расстоянии от центральной оси приводного вала, отличающемся от первого расстояния.

Предпочтительно для расстояний между центральной осью приводного вала и осями первого и второго штоков отношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится между 1,01 и 3, преимущественно между 1,05 и 2, более предпочтительно между 1,1 и 1,5.

Согласно другому преимущественному варианту выполнения камера сгорания содержит первую область, в которой перемещается первый поршень и которая имеет центральную ось, и вторую область, в которой перемещается второй поршень и которая имеет центральную ось, причем указанные центральные оси первой и второй областей камеры сгорания не совпадают.

Согласно еще одному преимущественному варианту выполнения камера сгорания содержит первую область, в которой перемещается первый поршень и которая имеет первый максимальный объем расширения, и вторую область, в которой перемещается второй поршень и которая имеет второй максимальный объем расширения, причем центральные оси максимальных объемов расширения первой и второй областей камеры сгорания не совпадают.

Предпочтительно отношение между первым максимальным объемом и вторым максимальным объемом находится между 1,2 и 4, преимущественно между 1,5 и 3, более предпочтительно между 1,8 и 2,5.

В соответствии с особенностями двигателя первая область камеры сгорания ограничена первым внутренним диаметром, а вторая область камеры сгорания ограничена вторым диаметром, причем отношение между первым диаметром и вторым находится между 1,01 и 2, преимущественно между 1,05 и 1,5, более предпочтительно между 1,07 и 1,3.

Другой особенностью двигателя является то, что камера сгорания содержит третью область, которая расположена между первой и второй областями, в которой первый и второй поршни не перемещаются и которая образует, возможно, вместе по меньшей мере с одной полой зоной первого и/или второго поршня минимальный мертвый объем, когда поршни расположены смежно.

Согласно конкретному варианту выполнения двигателя кольцо каждой качающейся шайбы установлено с возможностью поворота вокруг оси относительно центрального узла посредством, по меньшей мере, двух подшипников, причем указанная ось образует угол с центральной осью приводного вала.

Преимущественно, ось вращения кольца образует угол от 10° до 50°, предпочтительно от 15° до 40° с центральной осью приводного вала.

Предпочтительно, кольцо имеет такой внутренний диаметр, что расстояние между подшипниками по существу равно этому диаметру, деленному на тангенс угла между осью вращения кольца и центральной осью приводного вала.

Согласно следующему варианту выполнения, центральный узел (48) качающейся шайбы, выполненный с возможностью поворота вокруг оси вращения, имеет отверстие, имеющее центральную ось, образующую с осью вращения угол преимущественно от 10° до 40°, предпочтительно от 20° до 25°.

Еще одной особенностью является то, что поршни, соединенные с качающейся шайбой, выполнены так, что расстояние d2 между продольной осью приводного вала и продольной осью каждого штока поршня является минимальным.

Еще одной особенностью является то, что по меньшей мере один из следующих элементов - сферические соединительные элементы качающейся шайбы, кольцо, центральный узел, приводной вал, опорные элементы, соединенные штоки поршней или головки поршней - содержит, по меньшей мере, один внутренний канал для прохождения смазочного масла.

Преимущественно, по меньшей мере два указанных канала имеют по меньшей мере одно отверстие или конец, образующий проход между ними.

Предпочтительно, отверстия или концы образуют временный проход между ними.

Согласно варианту выполнения конструкция дополнительно содержит смазанный узел кольца поршня, преимущественно образованный из концентрических колец, предпочтительно пары концентрических колец, каждое из которых преимущественно имеет расширительный паз, и круглого фитиля, расположенного концентрически внутри указанных колец в канавке вокруг цилиндрической поверхности поршня и контактирующего со стенкой цилиндра.

Согласно варианту выполнения с маховиком и камерой сгорания, содержащей два цилиндра, в которых перемещаются поршни, объем цилиндра, ближайшего к маховику, преимущественно больше объема противоположного цилиндра, расположенного дальше от маховика, и/или диаметр цилиндра, ближайшего к маховику, больше диаметра противоположного цилиндра, расположенного дальше от маховика, и/или центральные оси этих цилиндров не совпадают, причем центральная ось дальнего от маховика цилиндра находится ближе к приводному валу с образованием таким образом эксцентрической камеры сгорания.

Преимущественно камера сгорания содержит область раздела между ближним и дальним относительно маховика цилиндрами, преимущественно между большим и меньшим цилиндрами, причем указанная поверхность раздела имеет, по меньшей мере, одну точку входа топлива.

Согласно особенностям конкретных вариантов выполнения (имеющих по меньшей мере одну из указанных особенностей),

- по меньшей мере одна качающаяся шайба имеет кольцо, выполненное с возможностью соединения с компрессором с механическим приводом, предназначенным для впрыскивания топлива и/или воздушных смесей, и/или

- по меньшей мере один поршень, а предпочтительно два поршня, перемещающихся в камере сгорания, на поверхности головки имеет(имеют) выемку, которая преимущественно имеет большую глубину в направлении центра поверхности головки поршня; наиболее предпочтительно, камера сгорания имеет, по меньшей мере, одну точку входа топлива, причем указанная выемка имеет большую глубину вблизи точки входа топлива, и ее глубина уменьшается в направлении от точки входа топлива, и/или

- маховик, прикрепленный к концу приводного вала, содержит по меньшей мере два коаксиальных элемента, ограничивающих пространство между ними, имеющее объем, причем первый элемент прикреплен к приводному валу и выполнен с возможностью легкого скольжения вдоль него, а другой элемент имеет набор болтов, предназначенных для отодвигания элемента первого элемента от второго с изменением, таким образом, объема пространства между ними (предпочтительно путем увеличения пространства с помощью цилиндрического элемента, прикрепленного к другому элементу, может регулироваться положение ближней к маховику качающейся шайбы), и/или

- камера сгорания имеет впускные отверстия для атмосферного воздуха и/или выпускные отверстия, причем указанные впускные и выпускные отверстия расположены на одной линии по окружности в стенке камеры сгорания так, что цилиндрическая стенка по меньшей мере одного, преимущественно, двух перемещающихся в камере сгорания поршней выполнена с возможностью закрывания по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха и/или выпускного отверстия, когда она расположена над ними (преимущественно, осевое положение впускных отверстий для атмосферного воздуха таково, что они полностью открыты, когда дальний от маховика поршень отведен назад, и закрыты, когда указанный поршень перемещается вперед; предпочтительно, осевое положение выпускных отверстий таково, что они полностью открыты, когда ближний к маховику поршень отведен назад, и закрыты, когда указанный поршень перемещается вперед), и/или

- двигатель содержит по меньшей мере две камеры сгорания, в каждой из которых расположены два перемещающихся поршня, и все указанные поршни перемещаются в соответствующих камерах сгорания в направлении, параллельном центральной оси приводного вала, и/или

- двигатель внутреннего сгорания, кроме того, содержит турбонагнетатель или средство соединения с турбонагнетателем (преимущественно, турбонагнетатель имеет выпускное отверстие для воздуха, имеющее клапан, выполненный с возможностью нахождения в закрытом положении в зависимости от давления, преимущественно, до тех пор, пока созданное давление не достигнет заданного уровня, или управляемый таким образом; предпочтительно, впускные отверстия для впуск воздуха от турбонагнетателя расположены в стенке камеры сгорания на одной линии по той же окружности, что и впускные отверстия для атмосферного воздуха. Наиболее предпочтительно, впускные отверстия для воздуха от турбонагнетателя имеют большую длину в направлении выпускных отверстий, чем впускные отверстия для атмосферного воздуха) и/или

- двигатель внутреннего сгорания выполнен так, что воздух, входящий в камеру сгорания через впускные отверстия для атмосферного воздуха, содержит воздух, вытесненный из пустого или свободного пространства, расположенного за поршнем во время его перемещения назад, и/или

- двигатель внутреннего сгорания содержит маховик, причем один поршень является ближним к маховику, а другой - дальним от него, причем двигатель выполнен так, что ближний к маховику поршень перемещается с опережением дальнего от маховика поршня (указанное опережение преимущественно составляет больше 0° и меньше 10°).

Изобретение, кроме того, относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:

приводной вал, имеющий центральную ось;

- по меньшей мере одну камеру сгорания;

- по меньшей мере первый поршень и второй поршень, выполненные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в общей камере сгорания,

причем первый поршень имеет шток для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и расположенным на кольце по меньшей мере одним по существу сферическим соединительным элементом, с которым соединен шток первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и расположенным на кольце по меньшей мере одним по существу сферическим соединительным элементом, с которым соединен шток первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси,

при этом кольцо каждой качающейся шайбы установлено с возможностью поворота вдоль оси относительно центрального узла посредством по меньшей мере двух подшипников, причем указанная ось образует с центральной осью приводного вала угол от 10° до 50°, преимущественно от 15° до 40°, предпочтительно примерно от 20° до 25°, и

кольцо имеет внутренний диаметр, причем расстояние между подшипниками по существу равно внутреннему диаметру кольца, деленному на тангенс угла между осью вращения кольца и центральной осью приводного вала.

Изобретение, кроме того, относится к двигателю внутреннего сгорания, имеющему ту или иную особенность, а в основном несколько особенностей, как описано выше.

Конкретно, изобретение относится, кроме того, к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:

- приводной вал, имеющий центральную ось;

- по меньшей мере одну камеру сгорания;

при этом указанный двигатель внутреннего сгорания имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик:

А. Кольцо установлено на центральном узле посредством двух подшипников. Кольцо имеет две противоположные кромки, причем первый подшипник действует на первой кромке кольца, в то время как другой подшипник действует на другой кромке кольца. Кольцо имеет ось вращения относительно центрального узла, которая образует угол β с центральной осью приводного вала. Расстояние между двумя противоположными кромками или между двумя подшипниками является максимальным и по существу равно внутреннему диаметру кольца, деленному на тангенс указанного угла β, который преимущественно составляет примерно 20°-25°.

В случае, когда внутренняя форма кольца не является по существу цилиндрической, расстояние между кромками подшипников будет приблизительно равно среднему значению внутреннего диаметра кольца (которое, например, является средним значением диаметров, измеренных на кромках кольца), деленному на тангенс угла между плоскостью, касательной к двум кромкам кольца, и центральной осью приводного вала.

В. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, а второй противоположный поршень перемещается во второй области. Первый поршень имеет диаметр, отличающийся от диаметра второго поршня, например на 10%-50% меньше.

С. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, а второй противоположный поршень перемещается во второй области. Первая область имеет максимальный объем (изменение объема измеряется между положением первого поршня вблизи второго поршня и положением первого поршня при его наибольшем удалении от второго поршня), отличающийся от максимального объема второго поршня (изменение объема измеряется между положением второго поршня вблизи первого поршня и положением второго поршня при его наибольшем удалении от первого поршня). Например, первая область имеет максимальный объем на 10%-50% меньше, чем максимальный объем второй области.

D. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, в то время как второй противоположный поршень перемещается во второй области. Первая область расположена эксцентрически относительно второй области.

Е. Камера сгорания имеет две области, соединенные между собой, причем первый поршень перемещается в первой области, а второй противоположный поршень перемещается во второй области. Две области соединены между собой промежуточной областью, содержащей средство воспламенения топлива и/или средство впуска топлива (например, средство инжекции). Первый и/или второй поршень имеют выемку.

F. Поршни имеют смазанный узел кольца поршня.

G. Двигатель внутреннего сгорания снабжен средством согласования конечных положений первого и/или второго поршня в камере сгорания.

Н. Первый и второй поршни перемещаются между двумя конечными положениями, причем перемещение одного поршня преимущественно опережает перемещение другого примерно на от 0,1 до 10°.

I. Камера сгорания образует, по меньшей мере, за поршнем пространство или пустоту, предназначенную для заполнения воздухом или другим газом, когда указанный первый поршень перемещается по направлению к другому поршню. Двигатель внутреннего сгорания снабжен средством направления воздуха или газов из указанного пространства или пустоты к камере сгорания или буферной камере перед заполнением камеры сгорания, когда указанный первый поршень перемещается от другого поршня.

Изобретение, кроме того, относится к использованию одного или более двигателей согласно изобретению для генерирования энергии или движущей силы, в особенности вращающей движущей силы. Конкретно изобретение относится к использованию одного или более двигателей согласно изобретению для изменения степени сжатия и/или обеспечения по существу послойного сгорания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 является частичным разрезом двигателя с параллельными поршнями.

Фиг.2 является видом в разобранном состоянии поршня для двигателя с восемью поршнями и его цилиндрической направляющей системы, присоединенного к качающейся шайбе.

Фиг.2А является видом в разобранном состоянии поршня для двигателя с четырьмя поршнями, присоединенного к качающейся шайбе.

Фиг.3 является видом качающейся шайбы, снабженной двумя сферическими соединительными элементами, один из которых присоединен к цилиндрическому элементу, помещенному между двумя профильными направляющими.

Фиг.4 является видом качающейся шайбы, снабженной четырьмя сферическими соединительными элементами и цилиндрическим элементом, помещенным между двумя фасонными направляющими.

Фиг.5 является разрезом качающейся шайбы.

Фиг.6 является частичным продольным разрезом качающейся шайбы.

Фиг.7 является разрезом качающейся шайбы и поршня, показывающим каналы для смазочной жидкости.

Фиг.8 является разрезом предложенного двигателя, показывающим смазочные каналы, различно расположенные цилиндры разных размеров и положение точки впуска топлива.

Фиг.9 является видом предложенного двигателя в направлении, обозначенном Y на фиг.10.

Фиг.10 является разрезом предложенного двигателя, показывающим компрессор и расположение впускных и выпускных камер.

Фиг.11А-Н являются продольными разрезами камеры сгорания с видом группы противоположных поршней, иллюстрирующими положение впускных и выпускных отверстий и цикл двигателя.

Фиг.12 является поперечным разрезом цилиндров двигателя, показывающим положение входных отверстий для воздуха от турбонагнетателя и однопутевого клапана.

Фиг.13 является поперечным разрезом поршня, показывающим элементы поршневого кольца.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА

ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Если не указано другое, все технические термины, используемые здесь, имеют то же значение, которое обычно принято специалистами в данной области. Все упомянутые публикации включены посредством ссылок. Все упомянутые патенты США и патентные документы полностью включены посредством ссылок, включая чертежи.

Упоминание терминов в единственном числе предполагает, что может присутствовать по меньшей мере один элемент, обозначенный этим термином, то есть один или более. В качестве примера, "канал" означает один канал или более одного канала.

Перечисление числовых интервалов путем указания конечных точек включает все целые числа и, в соответствующих случаях, входящие в интервал дроби (например, от 1 до 5 может включать 1, 2, 3, 4, если речь идет, например, о количестве поршней, а также 1,5, 2, 2,75 и 3,80, когда говорится, например, о расстояниях).

Топливо означает любое топливо, пригодное для сжигания в двигателе, включая бензин, дизельное топливо, мазут, газ, метан, пропан и т.д. и их комбинации, но не ограничиваясь этим.

Настоящее изобретение относится к двигателю, в котором поршни перемещаются вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, при этом пара поршней расположены в одной и той же камере сгорания, и поступательное перемещение штоков поршней приводит к повороту приводного вала посредством двух качающихся шайб. Такие двигатели и их вариации известны в уровне техники, например, из Европейского патентного документа ЕР 0052387 и патента США №4202251, которые включены в настоящее описание посредством ссылки. Такой двигатель здесь называется "двигатель с параллельными поршнями" (РР engine), так как поршни расположены параллельно приводному валу.

Для большей ясности техническое описание двигателя с параллельными поршнями приводится далее со ссылками на чертежи. Фигуры используются только для иллюстрации описания двигателя с параллельными поршнями согласно изобретению. Другие конструкции и конфигурации двигателей с параллельными поршнями, которые могут быть выполнены специалистами, находятся в пределах установленного понятия двигателя с параллельными поршнями.

Двигатель с параллельными поршнями согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1, содержит блок 1 двигателя, в котором поршни 2', 2'' и 3', 3'' расположены попарно так, что пары противоположных поршней расположены в одной и той же камере 8 или 9 сгорания. Стенка камеры сгорания в преимущественном варианте может быть покрыта керамическим слоем или может быть выполнена из керамического материала. Пригодны также другие материалы, такие как содержащие алюминий сплавы, даже если использование керамики предпочтительно.

Количество поршней в предложенном двигателе с параллельными поршнями предпочтительно кратно двум, например 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 или 16. Фиг.1 изображает тип двигателя, содержащего четыре пары противоположных поршней (т.е. 8 поршней). Ниже будет рассмотрен также двигатель с параллельными поршнями, содержащий 2 пары цилиндров (т.е. 4 поршня).

Сгорание топливной смеси в каждой камере 8 или 9 сгорания осуществляется известными средствами и не рассматривается здесь подробно. Зажигание может осуществляться или управляться свечой зажигания, путем сжатия и/или посредством любого другого средства.

Чтобы передать поступательное перемещение поршня качающейся шайбе, каждый поршень 2', 2'', 3' и 3'' жестко соединен со штоком 10 поршня. Элементы поршня, штока поршня и соответствующие ползуны показаны на фиг.2, которая является видом в разобранном состоянии штока 10 поршня, присоединенного к поршню 2' на одном конце и к ползуну 11 на другом конце. Ползун 11 содержит центральный корпус с двумя параллельными стенками 12, закрытыми крышкой 13, которая привинчена к ползуну 11 четырьмя винтами 14, которые проходят через четыре отверстия 15 и привинчиваются к нижней пластине 13' ползуна 11. Ползун 11 может быть заключен в цилиндр 16, который на практике может быть цилиндрической полостью блока двигателя. Цилиндр имеет первый паз 17, ширина которого достаточна, чтобы обеспечить возможность движения качающейся шайбы 20'. Ширина корпуса между поверхностями 12 ползуна равна или немного больше, чем ширина параллельных поверхностей опорных элементов 18, 18'. Опорные элементы 18, 18', когда они собраны вместе, заключают внутри себя сферический соединительный элемент 19 качающейся шайбы 20'.

Половинные части опорных элементов 18, 18' располагаются соответствующим образом относительно друг друга благодаря шипам 21, имеющимся на одном элементе 18' и входящим при сборке в отверстия (не показаны), имеющиеся на противоположном опорном элементе 18.

В двигателе с параллельными поршнями только с одним или двумя сферическими соединительными элементами качающаяся шайба двигается только в одной плоскости, которая определяется плоскостью симметрии корпуса (X-X' на фиг.2) и, таким образом, также осью штока 10 поршня.

В случае, когда двигатель с параллельными поршнями снабжен качающейся шайбой, содержащей два сферических соединительных элемента, опорные элементы 18-18', в которых заключен сферический соединительный элемент 19, скользят без люфта вдоль поверхностей 12 указанного корпуса. В двигателе с параллельными поршнями, качающаяся шайба 20' которого имеет два сферических соединительных элемента 19 для двух пар поршней, может быть выполнен цилиндрический элемент 24, который является продолжением сферического соединения 23 (фиг.3). Цилиндрический элемент приспособлен помещаться между профильными направляющими средствами 25. Профильные направляющие средства 25, между которыми движется цилиндрический элемент 24, предотвращают вращение наружного кольца качающейся шайбы 20'.

Вращение поршня 2' (фиг.2) в двигателе с качающейся шайбой с четырьмя сферическими соединительными элементами предотвращается посредством расположенного на крышке 13 ползуна 11 стержня 26 с цилиндрическим элементом 27, заключенным между противоположными поверхностями продольного паза 28, выполненного на цилиндре 16 напротив широкого паза 17. Благодаря такой конструкции воздействие поперечной силы на ползун 11 и шток 10 поршня либо незначительно, либо полностью отсутствует. Опорные элементы 18-18', как и цилиндрический элемент 27, можно также видеть на фиг.1

Когда двигатель с параллельными поршнями имеет четыре пары поршней и, таким образом, четыре сферических соединительных элемента, стержень 22' с цилиндрическим элементом 23' может быть расположен между двумя сферическими соединительными элементами 19 (фиг.4).

Когда двигатель содержит качающуюся шайбу с двумя сферическими соединительными элементами, вращение поршня 2' (фиг.2А) может быть предотвращено посредством расположенного на ползуне 11 выступа 210 с плоскими ребрами, который перемещается внутри движущейся возвратно-поступательно удлиненной выемки в блоке двигателя или цилиндре 16. В этом случае также воздействие поперечной силы на ползун 11 и шток 10 поршня либо незначительно, либо полностью отсутствует.

На фиг.1 показаны две пары противоположных поршней, каждая из которых (2', 2'' или 3', 3'') соединена с отдельной качающейся шайбой. Поршни 2', 3'' передают силу через штоки 10 и ползуны 11 к сферическим соединительным элементам 19, которые не видны в верхней части чертежа и принадлежат качающимся шайбам, обозначенным общим номером позиции 20'. Цилиндрические элементы 27, так же как и противоположные пазы 17 и 28, также видны в этой верхней части фиг.1.

Качающаяся шайба 20' закреплена на приводном валу 29, который смонтирован на блоке двигателя на шариковом подшипнике 30. Качающаяся шайба 20, показанная в нижней части фиг.1 и ближняя к маховику 33, установлена на том же приводном валу. Механизм преобразования поступательного перемещения поршней во вращательное движение посредством приводного вала (т.е. качающейся шайбы) будет рассмотрен ниже.

Приводной вал 29 может быть присоединен к дальнему от маховика концу блока двигателя посредством шарикового подшипника 30, а к ближнему к маховику концу - посредством подшипника 32 скольжения. Маховик 33, прикрепленный к концу приводного вала 29, может содержать два соосных элемента 34 и 35.

Элемент 34, прикрепленный к приводному валу 29, может иметь углубление 36 для круглой кромки 37 элемента 35 маховика 33. Элемент 35 может слегка скользить вдоль приводного вала 29, но не вращается вместе с ним. Очевидно, что вращение приводного вала 29 является независимым от вращения элемента 35 маховика 33.

Как уже упоминалось выше, направляющие средства (например, 26, 27, 22', 23', 16) обеспечивают поступательный характер перемещения поршней 2', 2'' и 3', 3'' и ползуна 11. Кроме того, движение ограничивается только поступательным перемещением благодаря конструкции узла опорных элементов 18, 18' и сферических соединительных элементов 19 качающихся шайб 20 или 20' (фиг.2). Когда качающаяся шайба имеет два сферических соединительных элемента, движение качающейся шайбы происходит в одной плоскости, которая проходит через продольную ось приводного вала 20' и продольную ось (Y-Y', фиг.2) штоков 10 поршней. С другой стороны, когда качающаяся шайба имеет четыре сферических соединительных элемента 19, каждый из них описывает приблизительную траекторию в виде "восьмерки". Когда используется качающаяся шайба с четырьмя сферическими соединительными элементами 19, биение внутри корпуса 12 между его основанием, образующим основание ползуна, и нижней поверхностью крышки 13 в целом мало или отсутствует (фиг.2). С другой стороны, существует некоторое биение между параллельными поверхностями 12 корпуса, а также поступательное или возвратно-поступательное перемещение взад и вперед внутри этого корпуса из-за колебаний вверх и вниз каждого сферического соединительного элемента 19 внутри соответствующего ползуна 11.

Фиг.6 показывает качающуюся шайбу, содержащую кольцо 47, несущее, по меньшей мере, два диаметрально противоположных сферических соединительных элемента 19, соединенных с кольцом 47 выступом 22. Кольцо 47 присоединено к центральной ступице 48 и может поворачиваться относительно нее при помощи первого подшипника 49 и второго подшипника 50, расположенных на обеих сторонах указанного кольца 47. Указанные первый и второй подшипники 49, 50 предпочтительно являются игольчатыми подшипниками. Центральная ступица 48 удерживается на месте внутри кольца 47 посредством своего кольцевого выступа 58 и кольцевых элементов 59, смонтированных на кольце. Подшипник 50 может, кроме того, удерживаться в кольце 47 посредством круглого элемента.

В случае, когда подшипники 49, 50 являются игольчатыми подшипниками, цилиндрические элементы могут быть составлены из двух или трех коаксиальных элементов. Такая конструкция учитывает изменение угловой скорости этих элементов, возникающее, если рассматривать вращение центральной ступицы 48 по сравнению с кольцом 47.

Центральная ступица 48 имеет центральное отверстие 31, внутренний диаметр которого может соответствовать внешнему диаметру приводного вала 29. Ступица 48 имеет две внешние стороны 52 и 53, которые параллельны друг другу. Однако сторона ступицы 48, которая ближе к цилиндрическому телу 39 маховика, может быть выполнена так, чтобы контактировать с цилиндрическим телом 39. Соответственно, ступица может иметь выемку 55, в которой может располагаться соответствующий край цилиндрического тела. Также на фиг.6 показано отверстие 31, которое поворачивается с центральной ступицей 48 качающейся шайбы и обеспечивает осевое смещение к приводному валу 29.

Игольчатый подшипник или, в случае принудительной подачи смазки, подшипник скольжения может быть расположен между кольцом 47 и ступицей 48, как показано номером 56 на фиг.6. Средства балансировки ступицы могут иметь отверстия 58 (фиг.5, фиг.1) с одной стороны и болты 59 (фиг.1) с другой, расположенные на внешних сторонах 52 и 53 центральной ступицы 48.

На фиг.6 один из сферических соединительных элементов 19 имеет резьбовой осевой канал 510, в который может завинчиваться выступ 23 цилиндрического элемента 27. Эти элементы показаны на фиг.3.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям базовой концепции двигателя с параллельными поршнями. Такой двигатель не ограничивается приведенным выше описанием, которое дано только для иллюстрации, но может быть применено к любому подходящему двигателю с параллельными поршнями.

В описании ниже дается ссылка на чертежи, которые являются примерами отдельных вариантов выполнения изобретения, которые не являются ограничивающими. Специалист может адаптировать усовершенствованный двигатель с параллельными поршнями и замещающие компоненты и свойства согласно обычной для специалистов в данной области практике.

Износ качающихся шайб

Качающиеся шайбы двигателей с параллельными поршнями подвержены износу из-за сил, действующих в соединениях, которые преобразуют поперечное движение поршней во вращательное движение приводного вала. Усовершенствования конструкции качающейся шайбы согласно настоящему изобретению неожиданно привели к улучшенному распределению сил в подшипниках качающейся шайбы, причем эти усовершенствования не требуют технически более сложных компонентов или более прочных подшипников.

Один вариант настоящего изобретения представляет собой двигатель с параллельными поршнями, в котором расстояние d1 (фиг.8) между первым и вторым подшипниками 49, 50 качающейся шайбы 20, 20' является максимальным, а сферический соединительный элемент 19 расположен посередине между этими двумя подшипниками. Расстояние d1 ограничено расстоянием между поршнем 2', 2'' и приводным валом 29: чем дальше они отстоят друг от друга, тем большее расстояние d1 можно установить. Расстояние d1 для конкретного приводного вала/конфигурации поршня можно сделать максимальным, когда расстояние от одного подшипника 50 до приводного вала 29 минимально. Это видно, например, на фиг.8, где один подшипник 50 контактирует с приводным валом 29 и, следовательно, расстояние между ними минимальное. Расстояние d1, следовательно, может быть легко рассчитано специалистом на основе расстояния (d2, фиг.8) между продольной осью приводного вала 29 и продольной осью штока 10 поршня. Увеличение расстояния между подшипниками 49, 50 неожиданно позволяет качающейся шайбе поглощать пики давления и уменьшает воздействующие на подшипники силы.

Изобретатели также обнаружили, что качающиеся шайбы 20 испытывают меньший износ, когда поршни 2', 2'', 3', 3'' или цилиндры 81, 81', 82, 82' размещены как можно ближе к приводному валу 29. Когда расстояние между продольной осью приводного вала 29 и продольной осью штока 10 поршня (d2) минимально, рычаг сферического элемента уменьшается, в результате чего уменьшается сила, воздействующая на соединение кольца 47 и сферического соединительного элемента 19. Кроме того, середина качающейся шайбы испытывает уменьшенные напряжения.

Подшипники 49, 50, использованные в приведенном выше описании качающейся шайбы, могут быть любым подходящим шарнирным соединением, охватывающим кольцевой выступ центральной ступицы 58. Например, данные подшипники могут быть шариковыми подшипниками, одиночными или двойными игольчатыми подшипниками, смазываемым шарниром, керамическим шарниром и т.д. Когда, например, топливом является бензин, подшипники должны иметь высокие эксплуатационные качества из-за большего количества оборотов в минуту; соответственно, соединение может содержать двойной слой игольчатых подшипников или одиночный слой игольчатых подшипников с большой нагрузочной способностью. С другой стороны, если топливом является дизельное топливо, подшипник может иметь более низкие характеристики из-за меньшего количества оборотов в минуту; как следствие, подшипник может представлять собой одиночный слой игольчатых подшипников.

Кольцо 47 качающейся шайбы смонтировано с возможностью поворота вокруг оси относительно центрального узла 48 посредством по меньшей мере двух подшипников 49, 50, при этом указанная ось образует угол с центральной осью приводного вала 29.

Указанный угол составляет от 10° до 50°, преимущественно от 15° до 40°, наиболее предпочтительно от 20° до 25°.

Кольцо 47 имеет внутренний диаметр, а расстояние между подшипниками по существу равно этому диаметру, деленному на тангенс угла, образованного осью вращения кольца и центральной осью приводного вала так, чтобы максимизировать d1.

Угол наклона

Один вариант настоящего изобретения является двигателем с параллельными поршнями, в котором центральная ось отверстия 31 ступицы и ось вращения ступицы образуют угол (альфа, фиг.6) 15°, 16°, 17°, 18°, 19°, 20°, 21°, 22°, 23°, 24°, 25°, 26°, 27°, 28°, 29° или 30° или значение, лежащее в диапазоне между любыми двумя из указанных значений. Предпочтительно, альфа составляет от 20° до 25°, а более предпочтительно около 23°. Было установлено, что при нахождении значения этого угла в указанном диапазоне (15°-30°) уменьшается давление на качающуюся шайбу и усиливается вращение приводного вала, так как привод ведет себя ближе к коленчатому валу.

Смазывание

Двигатели с параллельными поршнями обычно подвержены плохому распределению смазки частично из-за количества компонентов и большой площади, которая должна смазываться. Высокое число оборотов в минуту двигателей с параллельными поршнями означает, что смазка выталкивается из движущихся частей центробежной силой. Смазывание является существенным моментом в связи с пиковыми давлениями, испытываемыми компонентами, в частности качающейся шайбой. Настоящее изобретение обеспечивает систему смазывания в виде ряда внутренних каналов, выполненных в компонентах наиболее нагруженных соединений.

Один вариант настоящего изобретения является двигателем с параллельными поршнями, в котором один или более (например, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или все) сферических соединительных элементов 19 качающейся шайбы 20, кольцо 47, присоединенная ступица 48, приводной вал 29, опорные элементы 18', присоединенный шток 10 поршня или головка поршня содержат, по меньшей мере, один внутренний канал для прохода смазочного масла. Каналы между, по меньшей мере, двумя из указанных компонентов могут быть соединены, когда это необходимо. Когда два из указанных компонентов соединены вместе и более тесно связаны друг с другом во время работы двигателя с параллельными поршнями, указанные компоненты могут быть выполнены с возможностью временного соединения, где это необходимо. Такое временное соединение каналов может быть достигнуто, например, когда соответствующие каналы в какой-то момент располагаются на одной линии в то время, как один компонент проходит мимо другого (как можно видеть, например, при движении сферического соединительного элемента 19 через опорный элемент 18').

Согласно одному варианту настоящего изобретения, как показано на фиг.7, сферический соединительный элемент 19 содержит внутренние каналы 60, 60'', 60''', предназначенные для прохода смазочного масла, которые могут соединяться с каналом 72 в кольце 47 и временно соединяться с каналами 74, 73 в опорном элементе 18, 18'. Согласно другому аспекту изобретения, ступица 48 содержит внутренний канал 61, который может соединяться с каналом 68 в (на) приводном валу 29 и временно соединяться с каналом 72 в кольце 47. Согласно другому аспекту изобретения, шток 10 поршня содержит по меньшей мере один внутренний канал 62, который может временно соединяться с каналом 73 в опорном элементе 18'. Согласно следующему аспекту изобретения шток 10 поршня содержит внутренний канал 63, который соединяется с каналом 64 в поршне 2'. Согласно следующему аспекту изобретения поршень 2' содержит внутренний канал 64, который обеспечивает смазывание канавки 67 в стенке поршня 2'. Согласно следующему аспекту изобретения одна или обе части опорного элемента 18, 18' содержат внутренний канал 74, 73, который может временно соединяться с соответствующим внутренним каналом 60'', 60''' в сферическом соединительном элементе 19. Согласно еще одному аспекту изобретения, кольцо 47 содержит внутренний канал 72, который может соединяться с каналом 60' в сферическом соединительном элементе 19 и временно соединяться с каналом 61 в ступице 48. Согласно другому аспекту изобретения, приводной вал 29 содержит внутренний канал 68, который может соединяться с каналом 61 в ступице 48 и временно соединяться с резервуаром со смазкой.

Соединения между каналами обеспечивают распределение смазки, например, от приводного вала 29 к ступице 48, смазывая, таким образом, соединение между ступицей 48 и кольцом 47. Например, временное соединение между каналами в кольце 47 и ступице 48 позволяет смазке проходить через канал 72 в кольце 47 и далее в каналы 60', 60'', 60''' сферического соединительного элемента 19. Между сферическим соединительным элементом и опорным элементом 18' может осуществляться временное соединение, позволяющее смазке входить в сферический шарнир, когда каналы временно разъединены, и проходить через канал 73 опорного элемента 18', когда они соединены. Каналы 60', 60'' в сферическом соединительном элементе 19 временно соединяются с каналами 74, 73 в опорных элементах 18, 18' так, что смазка проходит в соединение между опорными элементами и ползуном 11. Может осуществляться временное соединение между каналом 73 в опорном элементе 18' и каналом 62 в штоке 10 поршня; когда оно закрыто, смазка может попадать в соединение между опорным элементом 18' и ползунами 11. Когда данное соединение открыто, смазка может проходить в шток 10 поршня через канал 62 и к поршню 2' частично прерывающимся потоком. Шток 10 поршня может быть по существу полым, как показано на фиг.7, и в полость впрыскивается масло 72 из канала 62, ближайшего к качающейся шайбе 20. Масло может попадать в канал 63 в штоке 10 поршня, наиболее удаленный от качающейся шайбы 20 и соединенный с каналом 64 в поршне 2', ведущим к поршневому кольцу 67. Масло может возвращаться в систему путем прохождения через соединение 71 в штоке 10 поршня.

Когда каналы временно рассоединяются, масло передается в соединение, например, к оси приводного вала 29, в соединение ступицы 48 и кольца 47, к сферическому соединительному элементу 19, к месту контакта поршня 2' со стенкой 65 цилиндра.

Система каналов, которые временно соединяются, позволяет маслу непосредственно входить в промежутки в соединениях. Кроме того, сети каналов позволяют распределять масло без сложной насосной системы высокого давления, так как естественное движение компонентов перемещает смазку от одного компонента к другому.

Откачивать смазку необходимо только в направлении от приводного вала 29. Как только смазка оказывается вне приводного вала, она может быть перемещена в наружном направлении от приводного вала центробежной силой. Система каналов позволяет эффективно использовать смазку, в отличие от двигателей прежних конструкций, у которых движущиеся части погружены в смазку, что требует большего объема масла.

Настоящее изобретение также предусматривает использование керамических покрытий поверхностей соединений в дополнение или как альтернативу смазыванию. Такие покрытия известны в технике и обеспечивают пониженное трение при движении элементов соединений без необходимости смазочного материала. Керамика обладает свойствами устойчивости к износу и нагреву и поэтому пригодна в качестве покрытий частей двигателя.

Поршневые кольца

В прежних конструкциях область взаимодействия поршня и стенки цилиндра должна быть полностью смазана, чтобы избежать фрикционного износа обеих частей. Для оптимального смазывания необходимы большая система распределения смазки и относительно большие количества смазочного материала, что требует дополнительных каналов в блоке двигателя и/или поршне. Кроме того, масло рециркулируется от области взаимодействия поршня и стенки цилиндра - во время сгорания стенка цилиндра темнеет, и масло загрязняется продуктами сгорания, которые повторно циркулируют в масле к другим частям двигателя.

Чтобы преодолеть недостатки прежних конструкций, двигатель с параллельными поршнями согласно настоящему изобретению может содержать поршень 2', снабженный смазанным узлом 66 поршневого кольца (фиг.7), расположенным в канавке 67 вокруг цилиндрической поверхности поршня и контактирующим со стенкой цилиндра. Узел 66 получает как раз достаточно масла для того, чтобы смазывать область контакта кольца со стенкой цилиндра. Данный узел удерживает поршень в центральном положении по отношению к стенке цилиндра, и, как следствие, сам поршень имеет малый или легкий контакт со стенкой цилиндра, так что требуется мало смазки. Кроме того, смазанный узел поршневого кольца удерживает смазочное масло от попадания в камеру сгорания, что могло бы уменьшить эффективность сгорания. Смазанный узел поршневого кольца может быть выполнен из любого материала с подходящей прочностью на сжатие, чтобы удерживать поршень от контакта со стенкой цилиндра.

Предпочтительно, кольцо смазанного узла поршневого кольца образовано парой концентрических колец 1302, 1303 (фиг.13), каждое из которых снабжено расширительным пазом и круглым фитилем 1301. Фитиль 1301 может быть помещен в поршневую канавку 67, поглощая подаваемый смазочный материал. Концентрические кольца 1302, 1303 помещаются над фитилем 1301, причем внешнее кольцо 1303 контактирует со стенкой цилиндра. Смазочный материал подается к внешнему кольцу. На фиг.13, где показан вид поршня спереди, фитиль 1301 расположен в канавке в поршне, над которой расположено первое разрезное кольцо 1302 и второе разрезное кольцо 1303. Предпочтительно, пазы не совпадают. Предпочтительно, пазы лежат на одной диаметральной оси, проходящей через центр цилиндрической головки поршня. Предпочтительно, концентрические кольца подпружинены, чтобы обеспечить силу, действующую в радиальном направлении наружу.

Дифференциальные цилиндры

Износ двигателя с параллельными поршнями может возникать из-за пиковых усилий, воздействующих на качающиеся шайбы 20, и крутильных колебаний вдоль приводного вала 29. Для противодействия этому необходимо упрочнять компоненты, однако, это обычно дается ценой увеличения веса, что нежелательно в эффективных транспортных средствах. В качестве альтернативы могут быть использованы более прочные материалы, такие как титан, в некоторых или во всех компонентах, однако, это может сделать конструкцию менее экономичной или даже неэкономичной. Одним из аспектов настоящего изобретения является двигатель с параллельными поршнями, в котором расстояние (D1) между центральной осью приводного вала и соединительным элементом (более точно, его центром вращения) штока первого поршня отличается от расстояния (D2) между центральной осью приводного вала и соединительным элементом (более точно, его центром вращения) штока второго поршня. Например, отношение D1/D2 составляет от 1,01 до 3, преимущественно от 1,05 до 2, наиболее предпочтительно от 1,1 до 1,5.

Этот аспект изобретения может быть преимущественно осуществлен при использовании наиболее удаленного от маховика цилиндра с уменьшенным диаметром и/или (предпочтительно и) объемом по сравнению с противоположным ближайшим к маховику и/или лежащим ближе к приводному валу цилиндром. Такая конструкция обеспечивает уменьшение усилий, действующих на середину дальней качающейся шайбы, и крутильные колебания приводного вала.

На фиг.8 показан один вариант выполнения настоящего изобретения в виде двигателя с параллельными поршнями, в котором цилиндр 81, 81', ближний к маховику 33, имеет больший диаметр, чем противоположный цилиндр 82, 82' (т.е. цилиндр, использующий ту же камеру (85, 85') сгорания), наиболее удаленный от маховика 33. Другим аспектом изобретения является то, что цилиндр 81, 81', ближний к маховику 33, имеет в осевом направлении меньшую длину, чем противоположный, дальний от маховика 33 цилиндр 82, 82'.

Согласно еще одному аспекту изобретения, где используются цилиндры 81, 81'', 82, 82', центральная ось 83 цилиндра 81', ближнего к маховику 33, и центральная ось 84 цилиндра 82', дальнего от маховика, не совпадают. Дальний цилиндр 82' может быть расположен ближе к приводному валу 29, создавая, таким образом, эксцентрическую камеру 85, 85' сгорания (фиг.8).

Эксцентрическая камера 85, 85' сгорания обеспечивает улучшенное пространство сгорания, частично благодаря размещению точки 810, 810' входа топлива на границе между двумя цилиндрами, как подробно рассматривается ниже. Путем приближения расположенных дальше цилиндров 82, 82' к приводному валу 29 уменьшаются силы, действующие на качающуюся шайбу, как уже упоминалось выше. Кроме того, маховику 33 передается меньшая мощность от дальнего цилиндра, что уменьшает крутильные колебания вдоль приводного вала 29. Большая часть мощности обеспечивается цилиндрами 81, 81', ближними к маховику 33. За счет размещения более мощных цилиндров 81, 81' ближе к маховику 33 возникает меньше крутильных колебаний в передающемся крутящем моменте на коротком расстоянии от маховика 33.

Согласно одному аспекту изобретения дальний (по отношению к маховику) цилиндр 82, 82' меньше по объему, например, на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% или значение, лежащее между любыми двумя из указанных значений, чем расположенный ближе цилиндр. Предпочтительно объем дальнего цилиндра меньше объема ближнего, по меньшей мере, на 10%, наиболее предпочтительно - по меньшей мере, на 20%.

Согласно другому аспекту изобретения, дальний цилиндр 82, 82' имеет на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% или значение, лежащее между любыми двумя из указанных значений, меньший диаметр, чем ближний цилиндр. Предпочтительно, диаметр дальнего цилиндра меньше диаметра ближнего, по меньшей мере, на 10%, а наиболее предпочтительно - от 10% до 50%.

Точка входа топлива

Было установлено, что расположение точки 810, 810' входа топлива на границе между областями эксцентрической камеры облегчает достижение идеального послойного заряда, т.е. топливо остается обогащенным вблизи точки входа и обедненным вдали от нее; вспышка происходит в то время, когда топливо является локально обогащенным, и горение идет в наружном направлении по мере расходования кислорода с дальнего конца камеры. В целом горючая смесь является обедненной, в то время как вспышка происходит при обогащенной горючей смеси. Кроме того, так как топливо не диспергируется, оно не осаждается на поршнях, поэтому удается избежать наличия несгоревшего топлива и/или обугливания.

Компрессор

Одним из вариантов настоящего изобретения является двигатель с параллельными поршнями, снабженный присоединенным к кольцу качающейся шайбы компрессором с механическим приводом. Описание компрессора приводится со ссылками на фиг.9 и 10, где фиг.9 является видом качающейся шайбы и выбранных элементов в направлении Y, показанном на фиг.10. Одним вариантом настоящего изобретения является двигатель с параллельными поршнями, в котором кольцо 47 качающейся шайбы присоединено к компрессору 1002 с механическим приводом и обеспечивает энергией указанный компрессор во время работы двигателя. Соединение 91 может быть любым, которое передает поступательное и/или вращательное движение, чтобы приводить в действие компрессор 1002. Например, кольцо 47 качающейся шайбы может иметь по меньшей мере один сферический соединительный элемент 19, расположенный в промежутке соединения ползуна со штоком поршня, к которому присоединено соединение 91 компрессора. Движение может быть передано компрессору 1002 при помощи ведущего средства 1005, такого как шток. Компрессор с механическим приводом может обеспечивать впрыск горючей смесей, например бензина, сжиженного нефтяного газа, дизельного топлива, через соответствующие трубки 92 во впускные соединения 93 камер сгорания в нужное время.

Поверхность поршня с выемкой

В обычных двигателях с параллельными поршнями точка 810, 810' входа топлива расположена в камере 85, 85' сгорания (фиг.8) вблизи периферической окружности поршня 2', 2'', 3', 3'' в отличие от обычных двигателей с перпендикулярно расположенными поршнями, где точка входа находится приблизительно в центре поверхности поршня. Вспышка в двигателе с параллельными поршнями, следовательно, более сильно воздействует на область поверхности поршня вблизи точки 810, 810' входа топлива и, в то же время, меньше воздействует на противоположную область. Результатом этого является неравномерность в износе поверхности поршня. Кроме того, поршень 2', 2'', 3', 3'' временами ударяется о стенку цилиндра 81, 81', 82, 82' из-за боковой составляющей силы вспышки. Удар может привести к деформации поршня и/или дополнительному износу поршневого кольца.

Одним из вариантов настоящего изобретения является двигатель с параллельными поршнями, в котором поверхность головки поршня 2', 2'', 3', 3'' имеет выемку 87, 88, которая глубже в направлении центра поверхности поршня. Предпочтительно, глубина выемки больше вблизи точки 810, 810' входа топлива и/или свечи 86, 86'. Глубина может уменьшаться в направлении от точки входа топлива. В случае двигателя с параллельными поршнями с различными цилиндрами, больший поршень 2'', 3'' может находиться ближе к точке 810, 810' входа топлива. Поэтому глубина выемки 87 в поверхности большего поршня 2'' может быть больше вблизи свечи 86' и уменьшаться в направлении от последней. Поверхность меньшего поршня 2', 3', находясь дальше от точки 810, 810' входа топлива, может иметь выемку 88 по существу неизменной глубины.

Оптимальный размер и форма выемки могут быть получены с использованием методов, принятых в данной области техники, и знаний о форме и конструкции камер сгорания.

Выемка изменяет характеристики восприятия силы поверхностью головки поршня, так что энергия, создаваемая при вспышке, распределяется более равномерно. Уменьшаются боковые соударения и локальный износ.

Степень сжатия

Как показано на фиг.8, пространство 38 между элементами 34 и 35 маховика 33 может изменяться пользователем. Элемент 34 может быть снабжен набором болтов 89, которые позволяют отодвигать его от элемента 35, изменяя, таким образом, объем пространства 38. Путем увеличения пространства 38 с помощью цилиндрического тела, прикрепленного к элементу 34, может регулироваться положение качающейся шайбы 20, ближней к маховику 33. Ступица 48 качающейся шайбы 20 примыкает к поперечной поверхности цилиндрического тела 39, тем самым образуя блок с элементом 35 маховика 33. Путем изменения объема пространства 38 качающаяся шайба 20 может перемещаться в направлении стрелок 46' или 46", чтобы изменять сжатие между поршнями 2, 2' и 3, 3'. Эта регулировка позволяет использовать в двигателе с параллельными поршнями разные типы топлива (например, бензин, дизельное топливо, этанол, сжиженный нефтяной газ и т.д.).

Турбонаддув

Двигатель согласно настоящему изобретению может быть снабжен турбонагнетателем. Турбонагнетатель подает дополнительный воздух в камеру сгорания, обеспечивая более эффективное сгорание топлива. Турбонагнетательные устройства известны в технике. Они в целом являются легковесными компонентами, работающими от горячих выхлопных газов, которые сжимаются в камере сгорания до давления выше атмосферного, значительно увеличивая объемный КПД по сравнению с безнаддувными двигателями. Можно рассматривать как аспект изобретения, что выпускное отверстие для воздуха в турбонагнетательном устройстве имеет клапан, который остается закрытым, пока создаваемое давление не достигнет заданного уровня. Такой клапан подразумевает, что турбонагнетатель отсоединен от камеры сгорания до тех пор, пока двигатель не выработает достаточно горячие для работы турбонагнетателя выхлопные газы.

Согласно одному варианту настоящего изобретения, впускные отверстия 1102 для воздуха от турбонагнетателя (фиг.10) расположены на одной линии по окружности стенки камеры 82" сгорания. Их осевое положение таково, что они полностью открыты, когда поршень 21 перемещен назад, и частично открыты, когда впускные отверстия 1103 для обычного (атмосферного) воздуха полностью закрыты. Такое расположение впускных отверстий для воздуха от турбонагнетателя обеспечивает работу самого поршня как клапана для их открывания и закрывания, устраняя, таким образом, необходимость в механизме синхронизации впускных отверстий для воздуха от турбонагнетателя. Точки, в которых впускные отверстия для воздуха от турбонагнетателя закрываются, частично определяют давление воздуха при сгорании и могут быть оптимизированы специалистом, обладающим знаниями в данной области. Далее объясняется работа впускного отверстия для воздуха от турбонагнетателя в цикле двигателя.

Турбонагнетатель может быть снабжен однопутевым клапаном, таким как пластинчатый клапан, способным закрывать путь от турбонагнетателя к впускным отверстиям 1102 для воздуха от турбонагнетателя до тех пор, пока турбогенератором не будет создано достаточное давление воздуха. На фиг.12 приводится иллюстрация конструкции такого клапана и отверстий, и показан поперечный разрез впускных отверстий для атмосферного воздуха и воздуха от турбонагнетателя. Сжатый воздух от турбонагнетателя доставляется через воздуховод 1202, оснащенный двумя однопутевыми клапанами 1201, 1201', каждый из которых ведет к группе впускных отверстий 1102 для воздуха от турбонагнетателя цилиндров 82 и 82'. Показанные впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха описаны ниже. Клапаны 1201, 1201' остаются подпружиненными в закрытом положении. Как только в трубопроводе 1202 создается достаточное давление воздуха от турбонагнетателя, оно открывает клапаны, и воздух от турбонагнетателя через впускные отверстия 1102, 1102' попадает в соответствующие цилиндры 82, 82'. Также на фиг.12 показаны свечи 86, 86' и впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха, которые рассматриваются ниже. Использование турбосистемы с клапанами позволяет камере сгорания использовать атмосферный воздух, в то время как турбонагнетатель разогревается, без потерь из-за выхода воздуха через впускные отверстия для воздуха от турбонагнетателя.

Впускные и выпускные отверстия для воздуха

Согласно одному варианту настоящего изобретения впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха и выпускные отверстия 1104 расположены на одной линии по окружности в стенке камеры 82', 81' сгорания. На фиг.11А впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха и впускные отверстия 1102 для воздуха от турбонагнетателя расположены на одной линии по окружности одного цилиндра 82', а выпускные отверстия 1104 расположены на одной линии по окружности другого цилиндра 81'. Осевое положение впускных отверстий 1103 для атмосферного воздуха таково, что они полностью открыты, когда поршень 2' перемещен назад (фиг.11Е), и закрыты, когда поршень 2' перемещается вперед (фиг.11В). Точки, в которых впускное отверстие 1103 и выпускное отверстие 1104 закрываются, частично определяют давление воздуха при сгорании и могут быть оптимизированы специалистом в данной области, обладающим соответствующими знаниями. Предпочтительно, осевые положения впускных отверстий 1103 для атмосферного воздуха и выпускных отверстий 1104 симметричны в каждом цилиндре, так что как впускные, так и выпускные отверстия открываются и закрываются одновременно, когда обе качающиеся шайбы расположены на оси приводного вала под углом 0°, т.е. отсутствует опережение одного из цилиндров. Однако опережение одного поршня находится в пределах объема изобретения (см. ниже). Расположение впускных и выпускных отверстий обеспечивает то, что сам поршень действует как клапан, чтобы открывать и закрывать впускные отверстия для атмосферного воздуха и выпускные отверстия, устраняя, таким образом, необходимость наличия механизма синхронизации привода впускных и выпускных отверстий. Кроме того, множество впускных и выпускных отверстий и их распределение означает, что камера сгорания хорошо вентилируется по сравнению с обычными конструкциями, где горючая смесь входит и выходит из одной точки. Кроме того, разделение впускных отверстий для топлива и воздуха обеспечивает послойный заряд, когда обогащенная смесь воспламеняется вблизи точки входа, сжигая кислород, расположенный вдали от точки входа топлива, как было описано выше.

В следующем примере, где двигатель снабжен турбонагнетателем, отверстия 1102 для впуска воздуха от турбонагнетателя в камеру сгорания могут быть расположены на одной линии на той же окружности, что и впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха (фиг.11А). Кроме того, осевая длина впускных отверстий 1102 для воздуха от турбонагнетателя может быть в направлении выпускных отверстий больше, чем длина впускных отверстий 1103 для атмосферного воздуха. Путем увеличения указанной длины воздух от турбонагнетателя может продолжать входить в камеру, даже когда отверстия для атмосферного воздуха закрыты поршнем (например, фиг.11G). Такая конструкция допускает введение воздуха от турбонагнетателя без дополнительных механизмов синхронизации для управления и регулировки воздушного потока по времени.

Использование воздуха свободного пространства

Воздух может проходить через впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха при малом давлении. Доставка сжатого воздуха может быть осуществлена посредством типового воздушного насоса. В альтернативном случае воздух, входящий в камеру сгорания, может быть воздухом, вытесненным из пустого или свободного пространства позади цилиндра во время перемещения поршня назад. Использование вытесненного воздуха устраняет необходимость во внешнем насосном устройстве для воздуха, делая экономной конструкцию двигателя и увеличивая его эффективность. Кроме того, воздух уже нагрет благодаря расположению пустого или свободного пространства в блоке двигателя.

Фиг.11А показывает возможную конструкцию впускных и выпускных отверстий, которые используют воздух из пустого пространства. Атмосферный воздух может входить в пустое или свободное пространство позади каждого поршня через отверстия 1101 и 1105. Отверстия 1101, 1105 для воздуха из пустого пространства системы противоположных цилиндров (например, 81', 82') могут быть соединены посредством трубопровода 1113, причем указанный трубопровод соединяется с впускным отверстием 1109 для атмосферного воздуха, а также с впускными отверстиями 1103 для воздуха камеры сгорания.

Клапан 1106 может управлять потоком воздуха, позволяя втягивать атмосферный воздух в пустоты 1114, 1115 во время перемещения поршня вперед и закрывать впускное отверстие 1109 для атмосферного воздуха во время обратного перемещения поршня. Клапан может также закрывать впускное отверстие в камеру 1108 сгорания во время перемещения поршня вперед так, что воздух, заполняющий пустоту, будет свежим, т.е. поступающим из впускного отверстия 1109 для атмосферного воздуха, а не из камеры сгорания. Клапан может работать в соответствии с давлением в пустоте 1114, 1115, например вакуум во время перемещения поршня вперед, и положительным давлением во время обратного перемещения поршня.

Как и в случае впускных отверстий камеры сгорания, впускные отверстия 1101, 1105 для воздуха из пустого пространства могут быть расположены на одной линии по окружности цилиндра. Предпочтительно, их оси совпадают, чтобы закрываться, когда поршень полностью перемещен назад (фиг.11Е), и открываться, когда поршень перемещается вперед (фиг.11F).

Цикл двигателя

На фиг.11В-11Н показан цикл двигателя. Фиг.11 В показывает двигатель, когда поршни приближаются к положению максимального перемещения вперед. Атмосферный воздух втягивается через впускное отверстие 1109 для атмосферного воздуха и попадает через соединение 1107 к одному ряду отверстий 1101 для воздуха пустого пространства, а через другое соединение 1112 - к другому ряду отверстий 1105 для воздуха пустого пространства. Воздух удерживается от прохода во впускное отверстие 1108 камеры сгорания благодаря клапану 1106.

На следующей стадии, после сгорания, на фиг.11 С поршни 2', 2'' начинают перемещаться назад. Воздух из пустот 1114, 1115 позади поршней 2', 2'' вытесняется через отверстия 1101, 1105 для воздуха пустого пространства и через соединения 1107, 1112 попадает в трубопровод 1113. Клапан 1106 препятствует выходу в атмосферу воздуха, вытесненного из пустот 1114, 1115, закрывая впускное отверстие 1109 для атмосферного воздуха.

Если поршень 2' стороны выпуска установлен с опережением поршня 2'' стороны впуска (см. ниже), выпускные отверстия 1104 открываются прежде впускных отверстий для атмосферного воздуха. Следовательно, сжатые выхлопные газы выходят через выпускной канал 1111 и не загрязняют входящий для сгорания воздух.

На следующей стадии (фиг.11D) поршни 2', 2'' продолжают перемещаться назад, открывая удлиненные впускные отверстия 1102 для воздуха от турбонагнетателя, так что газы от сгорания выдуваются из камеры, когда работает турбонагнетатель, т.е. когда двигатель достаточно теплый, чтобы обеспечить давление воздуха. Сжатый воздух, вытесненный из пустот или свободных пространств 1114, 1115, продолжает поступать в трубопровод 1113.

Когда поршни 2', 2'' перемещаются еще дальше назад (фиг.11Е), поршень 2' открывает впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха, так что воздух, удерживаемый в трубопроводе 1113, выпускается в камеру сгорания. В то же время выхлопные газы выходят через выпускные отверстия 1104.

Когда поршни начинают движение вперед (фиг.11F), пустоты или свободные пространства позади поршней снова заполняются атмосферным воздухом, и клапан 1106 открывает впускное отверстие 1109 для атмосферного воздуха и закрывает впускное отверстие 1108 камеры сгорания. Выпускные отверстия 1104 начинают закрываться раньше впускных отверстий 1103 для атмосферного воздуха, когда поршень 2' выпускной стороны установлен с опережением поршня 2'', расположенного на стороне впуска воздуха (см. ниже). Впускное отверстие 1102 для воздуха от турбонагнетателя продолжает нагнетать воздух в камеру.

В точке, где впускные отверстия 1103 для атмосферного воздуха и выпускные отверстия 1104 перекрываются поршнями 2', 2'' (фиг.11G), впускные отверстия 1102 для воздуха от турбонагнетателя еще подают воздух в камеру благодаря их длине в осевом направлении. Как следствие, давление воздуха в камере продолжает расти, способствуя обедненному сгоранию. Когда турбонагнетатель не работает, давление в камере ниже, и воздух удерживается от выхода через впускное отверстие 1102 для воздуха от турбонагнетателя посредством однопутевого клапана 1201, 1201', содержащегося в турбосистеме, как описано выше.

Когда поршни 2', 2'' максимально перемещены вперед (фиг.11Н), впускные и выпускные отверстия камеры сгорания герметично закрыты, чтобы могла произойти вспышка.

Опережение цилиндра

Как уже упоминалось выше, синхронизация поршней может быть установлена так, что один из группы противоположных поршней перемещается с опережением другого. Предпочтительно, поршень 2'' в камере, снабженной выпускными отверстиями 1104, движется с небольшим опережением поршня 2' в камере, снабженной впускными отверстиями 1103 для воздуха. Опережение достигается путем изменения угла совмещения (угла опережения) между парой противоположных качающихся шайб, расположенных на оси привода. Когда опережения нет, угол равен 0°. Когда угол, например, равен 5°, говорят, что поршень имеет опережение 5°. Согласно одному аспекту изобретения, поршень 2'' в камере, снабженной выпускными отверстиями 1104, имеет опережение больше, чем 0°, например 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°, 10°, 11°, 12°, 13°, 14°, 15°, 16°, 17°, 18°, 19°, 20° или значение, лежащее между любыми двумя из указанных углов. Предпочтительно, указанный поршень имеет опережение больше, чем 0°, и меньше, чем 10°, наиболее предпочтительно - от 1° до 8°.

Один вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, перемещающихся вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, в котором указанная пара поршней 2', 2'', 3', 3'' расположена в одной и той же камере 85, 85' сгорания и поступательное перемещение штоков 10 поршней вращает приводной вал 29 посредством двух качающихся шайб 20, 20', каждая из которых содержит центральную ступицу 48, кольцо 47 и по меньшей мере один сферический соединительный элемент 19, расположенный на указанном кольце, при этом расстояние d1 между подшипниками 49, 50, расположенными с каждой стороны кольца 47, является максимальным.

Для максимизации указанного расстояния расстояние между подшипниками по существу равно внутреннему диаметру кольца 47, деленному на тангенс угла, образованного осью вращения кольца и центральной осью приводного вала 29.

Другим вариантом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере сгорания (85, 85'), и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, при этом по меньшей мере один из следующих элементов: сферические соединительные элементы (19) качающейся шайбы (20), кольцо (47), центральный узел (48), приводной вал (29), опорные элементы (18'), присоединенные штоки (10) поршней или головки поршней содержит по меньшей мере один внутренний канал для прохода смазочного масла.

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, как описано выше, в котором по меньшей мере два из указанных каналов соединены.

Другим вариантом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, как описано выше, где указанные соединения являются временными.

Еще одним вариантом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, который содержит, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, при этом указанный двигатель содержит смазанный узел поршневого кольца, преимущественно образованный из концентрических колец, предпочтительно пары концентрических колец (1302, 1303), каждое из которых преимущественно имеет расширительный паз (1304, 1305) и круглый фитиль (1301), расположенный концентрически внутри указанных колец (1302, 1303) в канавке (67) вокруг цилиндрической поверхности поршня и контактирующий со стенкой (65) цилиндра.

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, при этом ближний к маховику (33) цилиндр (81, 81') имеет больший объем, чем противоположный цилиндр (82, 82'), расположенный дальше от маховика (33).

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, при этом ближний к маховику (33) цилиндр (81, 81') имеет больший диаметр, чем противоположный цилиндр (82, 82'), расположенный дальше от маховика(33).

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, как описано выше, в котором центральная ось (83) ближнего к маховику (33) цилиндра (81') и центральная ось (84) штока (10) поршня дальнего от маховика цилиндра (82') не совпадают, и последняя находится ближе к приводному валу (29), чем обеспечивается наличие эксцентрической камеры сгорания.

Другим вариантом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, как описано выше, в котором точка (810, 810') входа топлива расположена в области раздела между большим (81') и меньшим (82') цилиндрами.

Еще один вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, где кольцо (47) качающейся шайбы присоединено к компрессору (1002) с механическим приводом, предназначенным для впрыска топлива и/или воздушных смесей.

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, где поверхность головки поршня (2', 2'', 3', 3'') имеет выемку (87, 88), глубина которой больше в направлении центра поверхности головки поршня.

Другой вариант настоящего изобретения представляет собой двигатель внутреннего сгорания, как описано выше, в котором глубина указанной выемки (87) больше вблизи точки (810, 810') входа топлива и уменьшается в направлении от нее.

Другим вариантом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, причем маховик (33), прикрепленный к концу приводного вала (29), содержит по меньшей мере два коаксиальных элемента (34) и (35), и элемент (35) прикреплен к приводному валу и выполнен с возможностью легкого скольжения вдоль него, но не вращается вместе с ним, а элемент (34) имеет набор болтов (89), предназначенных для отодвигания элемента (34) от элемента (35) с изменением таким образом объема пространства (38) между элементами (34, 35), которое путем увеличения пространства (38) с помощью цилиндрического тела (39), прикрепленного к элементу (34), позволяет регулировать положение качающейся шайбы (20), ближней к маховику (33).

Еще один вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, при этом впускные и выпускные отверстия расположены на одной линии по окружности в стенке камеры (82', 81') сгорания так, что цилиндрическая стенка поршня, расположенного над ними, закрывает указанные впускные отверстия для воздуха и выпускные отверстия.

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, как описано выше, в котором осевое положение регулярных впускных отверстий (1103) для воздуха таково, что они полностью открыты, когда дальний от маховика поршень (2') перемещен назад, и закрыты, когда указанный поршень (2') перемещается вперед.

Другим вариантом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, как описано выше, в котором осевое положение выпускных отверстий таково, что они полностью открыты, когда ближний к маховику поршень (2'') перемещен назад, и закрыты, когда указанный поршень (2'') перемещается вперед.

Одним из вариантов настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, причем указанный двигатель внутреннего сгорания, кроме того, содержит турбонагнетатель.

Еще один вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, как описано выше, в котором выпускное отверстие для воздуха турбонагнетателя имеет клапан, который остается закрытым до тех пор, пока созданное давление не достигнет заданного уровня.

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, как описано выше, в котором впускные отверстия (1102) для воздуха от турбонагнетателя расположены в стенке камеры (82') сгорания на одной линии по той же окружности, что и впускные отверстия (1103) для атмосферного воздуха.

Другим вариантом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, как описано выше, в котором впускные отверстия (1102) для воздуха от турбонагнетателя имеют большую длину в направлении выпускных отверстий, чем впускные отверстия (1103) для атмосферного воздуха.

Следующий вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, где указанный двигатель выполнен так, что воздух, входящий в камеру сгорания через впускные отверстия (1103) для атмосферного воздуха, содержит воздух, вытесненный из пустого или свободного пространства (1114, 1115), расположенного за поршнем (2', 2'') во время его перемещения назад.

Другой вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, содержащим, по меньшей мере, одну пару поршней, выполненных с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенных в общей камере (85, 85') сгорания, и поступательное перемещение штоков (10) поршней вращает приводной вал (29) посредством двух качающихся шайб (20, 20'), каждая из которых содержит центральную ступицу (48), узел кольца (47), и по меньшей мере один сферический соединительный элемент (19), расположенный на указанном кольце, причем указанный двигатель выполнен так, что ближний к маховику поршень перемещается с опережением дальнего от маховика поршня.

Еще один вариант настоящего изобретения является двигателем внутреннего сгорания, как описано выше, где указанное опережение составляет больше 0° и меньше 10°.

Реферат

Настоящее изобретение относится к усовершенствованию двигателя внутреннего сгорания, в котором поршни перемещаются поступательно вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала (РР-двигатель). Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя при меньшем количестве вредных газов. Сущность изобретения заключается в том, что первый поршень (2', 3') и второй поршень (2'', 3'') выполнены с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположены в общей камере (85, 85') сгорания. Причем первый поршень имеет шток (10) для вращения приводного вала (29) посредством качающейся шайбы (20), а второй поршень имеет шток (10) для вращения приводного вала (29) посредством качающейся шайбы (20'). При этом расстояние (D1) между центральной осью приводного вала (29) и соединительным элементом (19) для штока (10) первого поршня отличается от расстояния (D2) между центральной осью приводного вала (29) и соединительным элементом (19) для штока (10) второго поршня. 3 н. и 37 з.п. ф-лы, 21 ил.

Формула

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:
приводной вал (29), имеющий центральную ось;
по меньшей мере, одну камеру (85, 85') сгорания;
по меньшей мере, первый поршень (2', 3') и второй поршень (2'', 3''), выполненные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в общей камере (85, 85') сгорания,
причем первый поршень имеет шток (10) для вращения приводного вала (29) посредством качающейся шайбы (20), содержащей центральный узел (48) с кольцом (47) и расположенным на кольце, по меньшей мере, одним, по существу, сферическим соединительным элементом (19), с которым соединен шток (10) первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток (10) для вращения приводного вала (29) посредством качающейся шайбы (20'), содержащей центральный узел (48) с кольцом (47) и расположенным на кольце по меньшей мере одним, по существу, сферическим соединительным элементом (19), с которым соединен шток (10) первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси,
отличающийся тем, что расстояние (D1) между центральной осью приводного вала (29) и соединительным элементом (19) для штока (10) первого поршня отличается от расстояния (D2) между центральной осью приводного вала (29) и соединительным элементом (19) для штока (10) второго поршня.

2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что отношение D1/D2 составляет от 1,01 до 3, преимущественно от 1,05 до 2, предпочтительно от 1,1 до 1,5, в котором D1 является расстоянием между центральной осью приводного вала (29) и соединительным элементом (19) для штока (10) первого поршня, a D2 является расстоянием между центральной осью приводного вала (29) и соединительным элементом (19) для штока (10) второго поршня.

3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что шток (10) первого поршня имеет ось, расположенную на первом расстоянии от центральной оси приводного вала (29), а шток (10) второго поршня имеет ось, расположенную на втором расстоянии от центральной оси приводного вала (29), которое отличается от первого.

4. Двигатель внутреннего сгорания по п.3, отличающийся тем, что для расстояний между центральной осью приводного вала и осями первого и второго штоков отношение первого расстояния ко второму расстоянию составляет от 1,01 до 3, преимущественно от 1,05 до 2, предпочтительно от 1,1 до 1,5.

5. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания содержит первую область, в которой может перемещаться первый поршень (2', 3') и которая имеет центральную ось, и вторую область, в которой может перемещаться второй поршень (2'', 3''), и которая имеет центральную ось, при этом центральные оси указанных первой и второй областей (8, 9) камеры сгорания не совпадают.

6. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания содержит первую область, в которой может перемещаться первый поршень (2', 3') и которая имеет первый максимальный объем расширения, и вторую область, в которой может перемещаться второй поршень (2'', 3'') и которая имеет второй максимальный объем расширения, при этом указанные первая и вторая области камеры (8, 9) сгорания имеют разные центральные оси максимальных объемов расширения.

7. Двигатель внутреннего сгорания по п.6, отличающийся тем, что отношение первого максимального объема ко второму максимальному объему составляет от 1,2 до 4, преимущественно от 1,5 до 3, предпочтительно от 1,8 до 2,5.

8. Двигатель внутреннего сгорания по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что первая область камеры (85, 85') сгорания ограничена первым внутренним диаметром, а вторая область камеры (85, 85') сгорания ограничена вторым диаметром, причем отношение первого диаметра ко второму диаметру составляет от 1,01 до 2, преимущественно от 1,05 до 1,5, предпочтительно от 1,07 до 1,3.

9. Двигатель внутреннего сгорания по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что камера сгорания содержит третью область, которая расположена между ее первой и второй областями, в которой первый и второй поршни не перемещаются и которая, возможно, вместе, по меньшей мере, с одной полой зоной первого и/или второго поршня образует минимальный мертвый объем, когда поршни расположены смежно друг с другом.

10. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, в котором кольцо (47) каждой качающейся шайбы установлено с возможностью поворота вдоль оси относительно центрального узла (48) посредством, по меньшей мере, двух подшипников (49, 50), причем указанная ось образует угол с центральной осью приводного вала (29).

11. Двигатель внутреннего сгорания по п.10, отличающийся тем, что ось вращения кольца образует с центральной осью приводного вала (29) угол от 10 до 50°, преимущественно от 15 до 40°.

12. Двигатель внутреннего сгорания по п.10 или 11, отличающийся тем, что кольцо имеет внутренний диаметр, причем расстояние между подшипниками, по существу, равно внутреннему диаметру кольца (47), деленному на тангенс угла между осью вращения кольца и центральной осью приводного вала.

13. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что центральный узел (48) качающейся шайбы, выполненный с возможностью поворота вокруг оси вращения (Х-Х', фиг.6), имеет отверстие (31), имеющее центральную ось (Y-Y', фиг.6), образующую с осью вращения (Х-Х', фиг.6) угол (α), составляющий от 10 до 40°, предпочтительно от 20 до 25°.

14. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что поршни, соединенные с качающейся шайбой, выполнены так, что расстояние d2 между продольной осью приводного вала (29) и продольной осью каждого штока (10) поршня является минимальным.

15. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из следующих элементов: сферические соединительные элементы (19) качающейся шайбы (20), кольцо (47), центральный узел (48), приводной вал (29), опорные элементы (18'), присоединенные штоки (10) поршней или головки поршней содержат, по меньшей мере, один внутренний канал для прохода смазочного масла.

16. Двигатель внутреннего сгорания по п.15, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два из указанных каналов имеют, по меньшей мере, одно отверстие или конец, образующие проход между ними.

17. Двигатель внутреннего сгорания по п.16, отличающийся тем, что отверстия или концы образуют временный проход между ними.

18. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, дополнительно содержащий смазанный узел поршневого кольца, преимущественно образованный из концентрических колец, предпочтительно из пары концентрических колец (1302, 1303), каждое из которых преимущественно имеет расширительный паз (1304, 1305) и круглый фитиль (1301), расположенный концентрически внутри указанных колец (1302, 1303) в канавке (67) вокруг цилиндрической поверхности поршня и контактирующий со стенкой (65) цилиндра.

19. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, содержащий маховик и камеру сгорания, содержащую два цилиндра, в которых перемещаются поршни, отличающийся тем, что ближний к маховику (33) цилиндр (81, 81') имеет больший объем, чем противоположный цилиндр (82, 82'), расположенный дальше от маховика (33).

20. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, содержащий маховик и камеру сгорания, содержащую два цилиндра, в которых перемещаются поршни, отличающийся тем, что ближний к маховику (33) цилиндр (81, 81') имеет больший диаметр, чем противоположный цилиндр (82, 82'), расположенный дальше от маховика (33).

21. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, содержащий маховик и камеру сгорания, содержащую два цилиндра, в которых перемещаются поршни, и каждый из которых имеет центральную ось, отличающийся тем, что указанные центральные оси (83), (84) не совпадают, и центральная ось (84) дальнего от маховика (33) цилиндра (82') находится ближе к приводному валу (29), чем обеспечивается наличие эксцентрической камеры сгорания.

22. Двигатель внутреннего сгорания по любому из пп.19-21, отличающийся тем, что камера сгорания содержит область раздела между ближним к маховику (33) цилиндром (81') и дальним от маховика цилиндром (82'), преимущественно между большим и меньшим цилиндрами (81'), (82'), в которой расположена, по меньшей мере, одна точка (810, 810') входа топлива.

23. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна качающаяся шайба имеет кольцо (47), выполненное с возможностью соединения с компрессором (1002) с механическим приводом, предназначенным для впрыска топлива и/или воздушных смесей.

24. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один, предпочтительно оба перемещающихся в камере сгорания поршня (2', 2'', 3', 3'') имеют поверхность головки, имеющую выемку (87, 88), глубина которой преимущественно больше в направлении центра поверхности головки поршня.

25. Двигатель внутреннего сгорания по п.24, в котором камера сгорания имеет, по меньшей мере, одну точку входа топлива, отличающийся тем, что глубина указанной выемки (87) больше вблизи точки (810, 810') входа топлива и уменьшается в направлении от нее.

26. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, в котором маховик (33), прикрепленный к концу приводного вала (29), содержит, по меньшей мере, два коаксиальных элемента (34) и (35), ограничивающих пространство (38) между ними, имеющее объем, причем первый элемент (35) прикреплен к приводному валу и выполнен с возможностью легкого скольжения вдоль него, а второй элемент (34) имеет набор болтов (89), предназначенных для отодвигания первого элемента (34) от второго элемента (35) с изменением, таким образом, объема пространства (38) между элементами (34, 35).

27. Двигатель внутреннего сгорания по п.26, отличающийся тем, что путем увеличения пространства (38) с помощью цилиндрического тела (39), прикрепленного ко второму элементу (34), может регулироваться положение ближней к маховику (33) качающейся шайбы (20).

28. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания имеет впускные отверстия (1103) для атмосферного воздуха и/или выпускные отверстия (1104), причем указанные впускные и выпускные отверстия расположены на одной линии по окружности в стенке камеры (82', 81') сгорания, так что цилиндрическая стенка, по меньшей мере, одного, преимущественно двух перемещающихся в камере сгорания поршней выполнена с возможностью закрывания, по меньшей мере, одного впускного отверстия для воздуха и/или выпускного отверстия, когда она расположена над ними.

29. Двигатель внутреннего сгорания по п.28, в котором осевое положение впускных отверстий (1103) для атмосферного воздуха таково, что они полностью открыты, когда дальний от маховика поршень (2') отведен назад, и закрыты, когда указанный поршень (2') перемещается вперед.

30. Двигатель внутреннего сгорания по п.28 или 29, в котором осевое положение выпускных отверстий таково, что они полностью открыты, когда ближний к маховику поршень (2'') отведен назад, и закрыты, когда указанный поршень (2'') перемещается вперед.

31. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, две камеры сгорания, в каждой из которых расположены два перемещающихся поршня, и все указанные поршни перемещаются в соответствующих камерах сгорания в направлении, параллельном центральной оси приводного вала.

32. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит турбонагнетатель.

33. Двигатель внутреннего сгорания по п.32, отличающийся тем, что турбонагнетатель имеет выпускное отверстие для воздуха, имеющее клапан, выполненный с возможностью нахождения в закрытом положении в зависимости от давления преимущественно до тех пор, пока созданное давление не достигнет заданного уровня, или управляемый таким образом.

34. Двигатель внутреннего сгорания по п.32 или 33, в котором впускные отверстия (1102) для впуска воздуха от турбонагнетателя расположены в стенке камеры (82') сгорания на одной линии по той же окружности, что и впускные отверстия (1103) для атмосферного воздуха.

35. Двигатель внутреннего сгорания по п.34, в котором впускные отверстия (1102) для воздуха от турбонагнетателя имеют большую длину в направлении выпускных отверстий, чем впускные отверстия (1103) для атмосферного воздуха.

36. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в нем воздух, входящий в камеру сгорания через впускные отверстия (1103) для атмосферного воздуха, содержит воздух, вытесненный из пустого или свободного пространства (1114, 1115), расположенного за поршнем (2', 2'') во время его перемещения назад.

37. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, содержащий маховик, причем один поршень является ближним к маховику, а другой - дальним от него, отличающийся тем, что в нем ближний к маховику поршень перемещается с опережением дальнего от маховика поршня.

38. Двигатель внутреннего сгорания по п.37, отличающийся тем, что указанное опережение составляет больше 0° и меньше 10°.

39. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:
приводной вал (29), имеющий центральную ось;
по меньшей мере, одну камеру (85, 85') сгорания;
по меньшей мере, первый поршень (2', 3') и второй поршень (2'', 3''), выполненные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в общей камере (85, 85') сгорания,
причем первый поршень имеет шток (10) для вращения приводного вала (29) посредством качающейся шайбы (20), содержащей центральный узел (48) с кольцом (47) и расположенным на кольце, по меньшей мере, одним, по существу, сферическим соединительным элементом (19), с которым соединен шток (10) первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток (10) для вращения приводного вала (29) посредством качающейся шайбы (20'), содержащей центральный узел (48) с кольцом (47) и расположенным на кольце, по меньшей мере, одним, по существу, сферическим соединительным элементом (19), с которым соединен шток (10) первого поршня или прикрепленный к нему элемент и который расположен на расстоянии от центральной оси,
при этом кольцо (47) каждой качающейся шайбы установлено с возможностью поворота вдоль оси относительно центрального узла (48) посредством, по меньшей мере, двух подшипников (49, 50), причем указанная ось образует с центральной осью приводного вала (29) угол от 10 до 50°, преимущественно от 15 до 40°, предпочтительно примерно от 20 до 25°, и
кольцо (47) имеет внутренний диаметр, причем расстояние между подшипниками, по существу, равно внутреннему диаметру кольца (47), деленному на тангенс угла между осью вращения кольца и центральной осью приводного вала.

40. Применение двигателя по любому из пп.1-39 в качестве средства для выработки энергии или движущей силы.

Патенты аналоги

Авторы

ВАН РОССЕМ Геррит-Ян (NL)

VAN ROSSEM GERRIT-JAN

Патентообладатели

VAN ROSSEM GERRIT-JAN

Заявители

VAN ROSSEM GERRIT-JAN

СПК: F01B3/0005 F01B3/0026 F01B3/101 F02B75/26 F02B75/28

Публикация: 2011-08-27

Дата подачи заявки: 2006-09-20

РОССТИП

Поиск по товарам

Добавить свой товар

Сообщества

Товары

Участники

Патенты

Запросов

Поставщикам

О сервисе

Блогерам

Помощь