Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со сферической камерой - RU2016102815A
Код документа: RU2016102815A
Формула
1. Тепловой двигатель внутреннего сгорания возвратно-поступательного действия, оснащенный неподвижным механизмом шасси, отличающийся тем, что он содержит:
по меньшей мере один элементарный механизм, который называется цилиндр, с центром О, указанным на оси Z двигателя, причем цилиндр содержит:
• Целое число N, где N больше или равно 3, которое является количеством подвижных частей, которые аналогичным образом распределены через равные промежутки вращения вокруг оси Z двигателя, причем каждая подвижная муфта, состоит по меньшей мере из следующих компонентов:
ο Поршневой механизм, состоящий по меньшей мере из:
ο циклического привода и ориентационного механизма (30), состоящих из по меньшей мере одного приводного вала (39) в циклическом и монотонном вращении, который приводит в движение и позиционирует поршневой механизм относительно механизма шасси в соответствии с перемещением в плоскости Р, то есть перпендикулярно к оси Z двигателя;
• Цилиндр, в котором скользящая поверхность (52) поршневого механизма конфигурации М скользит с зацеплением по скользящей поверхности (48u) внутренней поверхности (51) цилиндра поршневого механизма конфигурации М-1, известного как прилегающий и окружающий поршневой механизм, поршневого механизма конфигурации М, известного как прилегающий и окружающий поршневой механизм, и скользящая поверхность первого поршневого механизма (52а) скользит с зацеплением по скользящей поверхности внутренней поверхности (51d) цилиндра поршневого механизма конфигурации N, причем М является целым числом и принимает значение от 1 до N включительно, где N это количество внутренних поверхностей (51а, 51b, 51с и т.д.) цилиндра N-го количества поршневых механизмов, и каждый из которых по отдельности определяет, на ближайшем среди них уплотнительном устройстве, центр О цилиндра, рабочий объем, известный как камера (35);
ο В любой промежуток времени цикла все передние края N (53) N-го количества поршневых механизмов, пересекающихся в верхнем куполе (36s) и нижнем куполе (36i), расположенных на оси Z двигателя, по обе стороны от центра О цилиндра;
ο В течение одного цикла объем камеры (35) достигает по крайней мере одного минимума в момент времени в цикле, известный как верхняя мертвая точка, и по крайней мере одного максимума в момент времени в цикле, известный как нижняя мертвая точка;
ο В верхней мертвой точке объем камеры (35) очерчен N-м количеством участков, которые называются секции (48v) камеры сгорания, внутренними поверхностями (51а, 51b, 51с и т.д.) цилиндра N-го количества поршневых механизмов, причем эти секции (48v) камеры сгорания прилегают к секциям (48u) скольжения;
• Цилиндр, состоящий из распределительного устройства, которое регулирует в течение одного цикла выхлоп, впуск и удержание газов в камере (35);
Двигатель, состоящий аналогичным образом из по меньшей мере одного устройства синхронизации, которое синхронизирует по частоте и фазе N-e количество приводных валов (39) N-го количества циклических приводов и ориентационных механизмов (30), в зависимости от их вращательного распределения вокруг оси Z двигателя, причем те же цилиндр и устройство синхронизации действуют для каждого цилиндра двигателя.
2. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что для циклического привода и ориентационного механизма:
• Приводной вал (39) в циклическом вращении представляет собой секцию плеча кривошипа одного коленчатого вала (40), гребные винты (41) которого вращаются внутри монтажной рамы (10) коленчатого вала вокруг оси, параллельной оси Z двигателя, и выполняют непрерывное, монотонное вращение с одним оборотом за один цикл, и палец (42) кривошипа которого с осью, параллельной гребным винтам (41), вращается внутри поршневого механизма, образуя приводной механизм поршневого механизма;
• Он содержит ориентационный механизм (31) поршневого механизма, который соединяет его с механизмом шасси.
3. Тепловой двигатель по п. 3, отличающийся тем, что ориентационный механизм (31) поршневого механизма представляет собой кинематическую связь, известную как поворотно-ползунный механизм, который определяется соединяющим ползунным механизмом между ползунным механизмом (60u) конкретной траектории (60) ползунного механизма, зафиксированного и физически соединенного с механизмом шасси, а также между подвижным компонентом (61), выполненным с возможностью перемещения по всей длине указанного ползунного механизма (60u), и поворотным механизмом посредством шарнирного соединения, известного как поворотно-ползунный
механизм (62), вращающийся на поршневом механизме вокруг оси, параллельной оси Z двигателя, причем указанная траектория (60) ползунного механизма изогнута и имеет плоскую поверхность в плоскости, перпендикулярной к оси Z двигателя,
причем подвижный компонент (61) является частью блока, состоящего из:
Ролика (61u), который физически катится внутри ползунного механизма (60u) в форме канавки в соответствии с направлением зацепления на одной или второй задних поверхностях (60v) ползунного механизма в этой канавке, в пространстве которой удерживается ролик (61u) с минимальным люфтом, и где ось этого ролика является поворотно-ползунным механизмом (62);
Башмака (61v) скольжения, который скользит внутри ползунного механизма (60u) физически в форме канавки по отношению к задним поверхностям (60v) ползунного механизма в этой канавке, в пространстве которой удерживается указанный башмак с минимальным люфтом, и поворачивается в соответствии с поворотно-ползунным механизмом (62) на поршневом механизме;
Башмака (61w) качения, если он оснащен роликами (61х), которые перекатываются внутри ползунного механизма (60u) физически в форме канавки по отношению к задним поверхностям (60v) ползунного механизма в этой канавке, и в пространстве которой удерживается указанный башмак (61w) качения с минимальным люфтом, и поворачивается в соответствии с поворотно-ползунным механизмом (62) на поршневом механизме;
Башмака качения и скольжения, который представляет собой сочетание двух предыдущих пунктов, оснащенный роликами (61х), расположенными таким образом, что они обеспечивают скользящее сцепление только с одной стороной по отношению к только одной задней поверхности (60v) ползунного механизма, а также обеспечивают скольжение второй стороны по отношению к второй задней поверхности.
4. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что для каждого цилиндра распределительное устройство состоит из одного впускного и одно выхлопного устройства, которые отличаются друг от друга, таким образом, что:
• Каждое впускное или выхлопное устройство состоит по меньшей мере из следующих элементов:
ο Один впускной коллектор (20s) или выхлопной коллектор (20i), который жестко соединен с механизмом шасси и имеет плоскую поверхность, которая перпендикулярна оси Z двигателя, на стороне центра О цилиндра;
ο Одна поворотная пластина (22) - плоская, тонкая и перпендикулярная оси Z двигателя на квазификсированном расстоянии от центра О, приводимая во вращение вокруг оси Z двигателя в одном или другом направлении при средней вращательной скорости, составляющей одну N-ую от поворота за один цикл с помощью приводного механизма (22) поворотной пластины, и имеющая два плоских торца, перпендикулярных оси Z двигателя, первый из которых представляет собой плоский
торец, который скользит по отношению к плоскому торцу впускного коллектора (20);
• Для каждого впускного или выхлопного устройства предусмотрены впускной коллектор (20) и поворотная пластина (22), каждый из которых содержит N-e количество отверстий (21, 23) заданной формы, которые распределены на регулярных вращающихся интервалах вокруг оси Z двигателя, что позволяет открывать и закрывать проход из поворотной пластины (22) во впускной коллектор (20) с помощью их отверстий (21, 23) в зависимости от момента в цикле;
• Каждое впускное или выхлопное устройство, состоящее в каждом поршневом механизме из двух передающих каналов (57): выхлопной элемент (57i) передачи и впускной элемент (57s) передачи, конец которого расположен максимально далеко от центра О цилиндра и содержит плоский край, называемый передающей пластиной (64), которая перпендикулярна оси Z двигателя и которая скользит по второму плоскому торцу поворотной пластины (22), причем элементы (57) передачи соединены во время указанного периода в течение цикла в момент, близкий к нижней мертвой точке:
ο С той же стороны, что и у элемента (57) передачи, которая была подключена и, следовательно, соединена с открытием одного из N-го количества отверстий в поворотной пластине (22);
ο С другой стороны от элемента (57) передачи, во время второго конкретного периода в течение цикла, элемент
(57) передачи, таким образом, соединен с камерой (35) через впускное отверстие (56s) или выхлопное отверстие (56i), рационально разработанное и. размещенное на скользящей поверхности (48u) внутренней поверхности (51) цилиндра поршневого механизма при помощи прохода, и расположен перед этим отверстием скользящей поверхности (52) прилегающего поршневого механизма, который скользит по этой скользящей поверхности (48u) внутренней поверхности (51) цилиндра.
5. Тепловой двигатель по п. 7, отличающийся тем, что приводной механизм (22) поворотной пластины представляет собой зубчатое зацепление, зубчатая шестерня которого имеет ось вращения Z двигателя и является неотъемлемой частью поворотной пластины (22), известной как зубчатая шестерня (18) поворотной пластины, и входящее в зацепление с этим зубчатым колесом; либо напрямую, либо через промежуточную шестерню с фазировкой, которую можно регулировать, используя фазовращатель, расположенный в указанном приводном механизме (22) поворотной пластины; зубчатая шестерня является неотъемлемой частью и расположена соосно с коленчатым валом (40), известным как ведущая шестерня (17) поворотной пластины.
6. Тепловой двигатель по п. 7, отличающийся тем, что по меньшей мере одно впускное или выхлопное устройство, которое содержит вторую тонкую, плоскую пластину, известную
как дополнительная пластина (24), которая закреплена, но выполнена с возможностью регулировки, и вставлена с двойным скольжением в соответствии с двумя плоскостями, перпендикулярными оси Z двигателя, между поворотной пластиной (22) и впускным коллектором (20), таким образом, что при изменении ее углового положения относительно оси Z двигателя и конкретной формы ее N-го количества отверстий (25), распределенных с регулярными вращательными интервалами вокруг оси Z двигателя, в котором моменты открытия и/или закрытия проходов элементов (57) передачи к впускному коллектору (20) могут возникать раньше или позднее в цикле двигателя, тем самым создавая переменное распределение.
7. Тепловой двигатель по п. 7, отличающийся тем, что распределительное устройство, из-за специфической формы отверстий впускного и выхлопного устройств, реализует цикл Миллера-Аткинсона, другими словами, схему распределения, на которой эффективный объем (88v) расширения больше эффективного объема (88u) сжатия.
8. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что устройство синхронизации для N-го циклического привода и ориентационный механизм состоят из выходного вала (11) с осью на оси Z двигателя, состоящего из по крайней мере одного зубчатого колеса (12) (ведущей шестерни зубчатой пары) с осью на оси Z двигателя, и которое находится в зацеплении с N-м
количеством зубчатых шестерен, известных как вспомогательные элементы (15), каждый из которых жестко соединен с или является неотъемлемой частью приводного вала (39) или коленчатого вала (40) и является соосным.
9. Тепловой двигатель по п. 12, отличающийся тем, что, он является соосным выходному валу (11) - второму выходному валу, известному как вал (11v) противоположного вращения, т.е. вращающийся в направлении, противоположном направлению выходного вала (11) и вокруг него, и, следовательно, поворачивающийся вдоль оси Z двигателя, и включает в себя корончатую шестерню (13), которая является зубчатой и находится во внутреннем зацеплении с N-м количеством других вспомогательных шестерен, известных в качестве дополнительных вспомогательных элементов (16), каждый из которых жестко соединен или является неотъемлемой частью приводного вала (39) или коленчатого вала (40), и является соосным с ними.
10. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность (51) цилиндра по меньшей мере одного из N-го количества поршневых механизмов имеет скользящую поверхность (48u), которая имеет форму, являющуюся частью поверхности, сформированной посредством сканирования в соответствии с прямым поступательным движением оси W скольжения профиля рабочей поверхности (54) поршня, которая
содержится в плоскости, как правило, вогнутой относительно центра О цилиндра.
11. Тепловой двигатель по п. 14, отличающийся тем, что профиль рабочей поверхности (54) поршня выполнен в форме буквы «V» с закругленной точкой, и который формирует скользящую поверхность (48u) внутренней поверхности (51) цилиндра, которая является частью графленой поверхности, состоящей из двух плоских поверхностей, соединяющих в тангенциальной непрерывности секцию цилиндра с осью, параллельной оси W скольжения.
12. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность (51) цилиндра по меньшей мере одного из N-го количества поршневых механизмов имеет секцию (48v) сгорания, которая содержит в своей центральной зоне и верхней правой зоне в непосредственной близости от ее периферии часть купола, который по существу имеет сферическую или яйцевидную форму и известен как сферический купол (55), который является вогнутым относительно центра О цилиндра и который при нанесении N-го количества раз на N-oe количество поршневых механизмов формирует в верхней мертвой точке камеру (35), которая имеет в значительной степени сферическую или яйцевидную форму и которая имеет по своей главной оси вращения ось Z двигателя и, в качестве центра, центр О цилиндра.
13. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что поршневой механизм состоит из:
• Поршня (50), состоящего из:
о Внешних полу-поворотных шарниров оси вращения пальца кривошипа (42) коленчатого вала (40) и поворотно-ползунного механизма (62) подвижного компонента (61) -поворотных шарниров с осями, которые параллельны оси Z двигателя;
о Почти всей внутренней поверхности (51) цилиндра поршневого механизма;
о Каждого элемента (57) передачи, впускного (57s) и выхлопного (57i), который прикреплен к поршню (50) или является его неотъемлемой частью;
• Уплотнительного устройства, состоящего таким образом из скользящей поверхности (52) поршневого механизма, переднего края (53) поршневого механизма и дальнего конца внутренней поверхности (51) поршневого цилиндра, и следовательно, примыкающее к переднему краю (53) по меньшей мере на верхней и нижней краевых частях (53s и 53i), где верхний и нижний купола (36s и 36i) камеры, соединенные с поршнем посредством кинематического сцепления ползунного типа, смещаются, что обеспечивает поступательное движение скользящей поверхности (52), переднего края (53) и секции внутренней поверхности (51) цилиндра, которая не соединена с
поршнем, с поступательным перемещением вдоль оси W скольжения.
14. Тепловой двигатель по п. 18, отличающийся тем, что уплотнительное устройство содержит:
• Сегмент (75) края, состоящий из:
ο Всего переднего края (53) поршневого механизма.
ο Секции скользящей поверхности (52), примыкающей по всей длине переднего края (53).
ο Границы внутренней поверхности (51) цилиндра поршневого механизма, примыкающего к его верхнему (53s) и нижнему (53i) сегментам переднего края (53).
Причем указанный сегмент (75) края кинематически соединен с поршнем (50), будучи удерживаемым в пазе поршня (50), создавая кинематическое сцепление ползунного типа, которое позволяет выполнять только прямые поступательные движения по оси W скольжения относительно поршня (50), и которое прижимает указанный поршень к внутренней поверхности (51) цилиндра другого поршня в обращенном к нему лицевой стороной состоянии, то есть к поршню (50) прилегающего и окружающего поршневого механизма, используя пружинное устройство
• Два лабиринтных уплотнения (76), одно верхнее (76s) и одно нижнее (76i), каждое из которых расположено вдоль или по существу параллельно верхним краевым частям (53s) и нижней краевой части (53i) переднего края (53),
причем каждая часть обеспечивает траекторию одного из куполов камеры, верхнего (36s) или нижнего (36i), причем каждое лабиринтное уплотнение (76):
ο определено над удлиненной зоной и сливается с внутренней поверхностью (51) цилиндра,
ο находится в зацеплении с углом сегмента (75) края, позволяя ему выполнять поступательные движения линейно в соответствии с направлением, параллельным части верхнего края (53s) или нижнего края (53i),
ο находится в прижатом состоянии по отношению к этому сегменту (75) края посредством пружинного устройства,
ο содержит рельефные канавки (77) по всей своей длине, которые соответствуют и подходят друг другу с минимальным люфтом с канавками, сделанными в поршне (50), что обеспечивает поступательное движение в направлении фитинга.
15. Тепловой двигатель по п. 19, отличающийся тем, что уплотнительное устройство также содержит одну или несколько вторичных секций (78) таким образом, что:
ο их форма по существу соответствует сдвигу краевого сегмента (75) на поверхности (52) скольжения,
ο они содержат участок поверхности (52) скольжения, не примыкающий к переднему краю (53), но близко расположенный к нему по всей длине переднего края (53),
ο они находятся в зацеплении (в зацеплении по блоку) с краевым сегментом (75) по меньшей мере в верхнем
крае (53s) и нижнем крае (53i) секций, а также устанавливают с этим краевым сегментом (75) поверхность (52) скольжения,
ο они кинематически соединены с поршнем (50) посредством удержания в поршневом пазе, создавая кинематическое сцепление ползунного типа, которое позволяет выполнять только поступательные движения по оси W скольжения по отношению к поршню (50) и которое прижимает указанный вторичный сегмент (78) к внутренней поверхности (51) цилиндра другого поршня, обращенного к нему лицевой стороной, то есть поршня (50) смежного и окружающего поршневого механизма, используя пружинное устройство.
16. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что состоит из K-количества цилиндров, причем K больше или равно 2, причем K-раз N-го количества приводных валов (39) или секций коленчатого вала (40) каждого из N-го количества подвижных частей K-количества цилиндров, являются ориентированными параллелями к оси Z двигателя, чтобы быть N раз соосными, и приводятся в движение синхронно и вне фазы K-количества цилиндров и, следовательно, образуют N-oe количество одинаковых приводных валов или одинаковых коленчатых валов (40), для каждого из которых вокруг оси, называемой линией (99) коленчатого вала, с коленчатыми валами затем состоящими из K-количества пальцев кривошипа (42) из фазы при 360°/K, если это двухтактный двигатель, или 720°/K, если это четырехтактный двигатель.
17. Тепловой двигатель по п. 22, отличающийся тем, что два впускных коллектора (20) одного и того же типа (для впускных или выхлопных газов) смежных цилиндров расположены попарно 2 на 2 и являются смежными, так как эти два цилиндра имеют противоположные направления вдоль оси Z двигателя, с потоком сканирования газа в их камере (35) в момент, близкий к нижней мертвой точки, и по меньшей мере одного впускного или выхлопного коллектора. Эти спаренные впускные коллекторы называются впускной коллектор (91u) 1-к-2, выхлопной коллектор (90) 2-к-1 и выхлопной коллектор (91) 2-к-2.
18. Тепловой двигатель по п 1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один прямой инжектор или свечу (58) зажигания, установленную на поршне (50) или поршневом механизме, герметично смонтированную с головкой инжектора или свечей зажигания, вытесняющейся в камеру (35) при помощи отверстия (58w) во внутренней поверхности (51) цилиндра поршневого механизма, вытесняющегося систематически на секцию сгорания внутренней поверхности (51) цилиндра для одной свечи зажигания и компрессионного инжектора зажигания двигателя.
19. Тепловой двигатель по п. 24, отличающийся тем, что прямой инжектор (58) имеет тип топливного насоса (58v) высокого давления, управляемого с помощью устройства
управления впрыском, и приводимого в действие от коленчатого вала (40) или приводного вала (39) того же поршневого механизма, причем указанный коленчатый вал (40) состоит из кулачка (43) на его пальце кривошипа (42) и выполняет роль головки кулачка вала для купола цилиндра, чья роль в данном случае выполняется поршнем (50) или поршневым механизмом, который далее включает в себя активирующий механизм для сжатия топливного насоса (58v) высокого давления - активирующий механизм, который может состоять из рычага (44) инжектора.
20. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что состоит из по меньшей мере одного динамического балансировочного устройства, состоящего из по меньшей мере двух разбалансированных масс (81), расположенных на равных вращающихся интервалах сбалансированных вокруг оси Z двигателя, и поворачивающихся вдоль осей, которые параллельны оси Z двигателя, причем каждый из которых приводится во вращение зубчатой шестерней с приводным валом (39) или коленчатым валом (40), через зубчатую шестерню, приводя в движение разбалансированную массу (80), которая является неотъемлемой частью коленчатого вала, и через ведущую шестерню (82u или 82v, в зависимости от гармоники) разбалансированной массы, соединенную с разбалансированной массой (81), при средней скорости, одной и той же частоте,
что и у гармоники инерциального качающегося момента вдоль оси Z двигателя, который должен быть ослаблен.
21. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он оснащен наддувочным устройством (95), состоящим из одного или более компонентов, которые могут или не могут быть объединены или быть идентичными и дублировать друг друга, из следующих групп:
• Объемный компрессор при впуске с механическим приводом с фиксированным отношением со стороны выходного вала (11) двигателя;
• Объемный компрессор или центрифуга с электрическим приводом;
• Корпус сжатия, соединенный с механизмом шасси и улавливанием, для каждого цилиндра, объем вокруг поршневых механизмов, в котором впускной газ проходит перед впускным коллектором (20s), и где сжатие происходит при увеличении объема камеры (35);
• Один турбокомпрессор, причем компрессор (97) сжимает впускной циркулирующий газ, а турбина (96) расширяет выхлопные газы;
• Турбокомпрессор, механический вал которого соединен непосредственно с электродвигателем-генератором;
• Турбокомпрессор, вал которого соединен механически с редуктором на выходном валу двигателя;
• Многоцилиндровая механическая турбина, т.е. механически присоединенная к выходному валу двигателя;
• Безтурбинный выхлоп газов, в частности для одноцилиндрового двигателя в соответствии с настоящим изобретением;
• Наддувочный воздушный радиатор для охлаждения газов, допущенный в двигателе после стадии сжатия;
• Контур рециркуляции выхлопных газов, который удаляет часть выхлопных газов, чтобы вновь преобразовать их во впускные газы;
• Радиатор рециркуляции выхлопных газов для охлаждения части выхлопных газов;
• Клапаны (94) для закрывания по меньшей мере одной выхлопной ветви вверх от схемы выхлопа турбины, состоящей из нескольких параллельных турбин.
22. Тепловой двигатель по п. 28, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два цилиндра, и наддувочное устройство (95) которого состоит по меньшей мере из одного турбокомпрессора и запорных клапанов (93) во впускном и выхлопном циклах и не содержит объемного компрессора.
23. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый поршневой механизм охлаждается смазочным маслом, циркулирующим под давлением по меньшей мере по одному каналу,
расположенному в коленчатом валу (40), и достигает уровня пальца кривошипа (42), а затем перемещается по нескольким каналам внутри поршня (50) вплоть до непосредственной близости от горячих стенок, которые являются секциями (48v) сгорания и секциями (48u) скольжения внутренней поверхности (51) цилиндра поршневого механизма, а также элемента (57i) передачи выхлопных газов, а затем, после впрыскивания масла в пространство, окружающее поршневые механизмы и коленчатые валы (40), закрывается внутри корпуса двигателя, соединенного с механизмом шасси.
24. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он используется для устройства из следующей группы:
• Транспортное средство наземного, морского или воздушного базирования;
• Мотодвигательный агрегат, состоящий из гребного винта, находящегося в прямом сцеплении, или ротора;
• Мотодвигательный агрегат, состоящий из двух соосных гребных винтов противоположного вращения, находящихся в непосредственном зацеплении;
• Гибридная тяговая цепь, последовательная или параллельная, тепловой двигатель которой представляет собой гибрид электрического, гидравлического или пневматического двигателя;
• Когенерационное устройство, состоящее из по меньшей мере одного термодинамического двигателя с вторичным циклом Ранкина;
• Электрический генератор энергии.
