БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОРШНЕМ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к бесшатунным двигателям внутреннего сгорания с вращающимися поршнями, и может использоваться в тех областях народного хозяйства, где в качестве силовых установок применяются двигатели внутреннего сгорания.
Проведенный поиск позволил выявить ряд аналогов: патенты №№2303135 (МПК F01c 1/34; F02b 53/00), 2224114 (МПК 7 F01c 1/077), 2166654 (МПК 7 F02b 75/26, F01b 9/06), 2117172 (МПК 6 F02b 75/32, F02b 75/26), а также известный двигатель Ванкеля (см. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под редакцией Орлина А.С. и др. М. Машиностроение, 1980, с.253)
Недостатком вышеупомянутых двигателей является их конструктивная сложность.
В качестве прототипа автором выбран двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями, патент №2224114, который наиболее близок к предлагаемому техническому решению, и также, как и вышеупомянутые аналоги, конструктивно сложен.
Основной целью изобретения является упрощение конструкции двигателя внутреннего сгорания, повышение его эффективности.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что двигатель содержит корпус с впускным и выпускным клапанами, расположенными последовательно, и свечой зажигания, установленной рядом с впускным клапаном. Корпус выполнен из двух частей верхней и нижней, образующими при соединении внутреннюю поверхность тороидальной формы, являющуюся цилиндром двигателя, в котором установлен вращающийся относительно оси корпуса поршень, жестко связанный посредством соединительно-уплотнительного диска с выходным валом двигателя, на который соединительно-уплотнительный диск жестко насажен (возможно выполнение вала и соединительно-уплотнительного диска как единого целого), при этом, обе плоские поверхности соединительно-уплотнительного диска снабжены кольцевыми канавками, обеспечивающими возможность его скольжения в кольцевой прорези, находящейся на обращенной к валу боковой поверхности тороидального цилиндра и, снабженной, в свою очередь, ответными кольцевыми канавками. В объеме между кольцевыми канавками в прорези и кольцевыми канавками на соединительно-уплотнительном диске расположены компрессионные герметизирующие кольца. Во внутренней части устройства на тороидальной поверхности, в месте расположения впускного клапана и свечи зажигания, выполнена камера сгорания в форме параллелепипеда с, установленной в ней введенной подвижной заслонкой, предназначенной для отделения зоны повышенного давления в цилиндре от зоны с атмосферным давлением, подвижная заслонка выполнена с возможностью поворота на угол до 90 градусов относительно оси своего крепления, ось установлена внутри камеры сгорания, при этом места установки впускного и выпускного клапанов расположены по разные стороны от места крепления оси подвижной заслонки.
Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания значительно проще известных, как по составу конструктивных элементов, так и по принципу работы. Рабочий цикл состоит из одного такта, позволяя использовать работу расширения газов максимально, при этом исключен обратный ход поршня, что существенно повышает КПД устройства, делая его работу более эффективной.
На прилагаемых чертежах схематически изображена предлагаемая полезная модель. Фиг.1 - вид спереди в разрезе, фиг.2 - поперечное сечение А-А. На фиг.1 и на фиг.2 представлены корпус 1, верхняя 2 и нижняя 3 части которого, образуют тороидальный цилиндр 4, в котором располагается, вращающийся относительно оси корпуса 1, поршень 5, жестко связанный через соединительно-уплотнительный диск 6 с выходным валом 7, при этом соединительно-уплотнительный диск 6, выполнен с возможностью скольжения по кольцевой прорези 8, выполненной на обращенной к валу боковой поверхности тороидального цилиндра 4, кроме того на внутренней поверхности тороидального цилиндра 4 выполнена выемка в форме параллелепипеда, являющаяся камерой сгорания 9, представленной на фиг.3 в виде сечения Б-Б в укрупненном масштабе, в которой размещены подвижная заслонка 10, выполненная с возможностью поворота относительно оси 11, впускной клапан 12 и свеча зажигания 14. Выпускной клапан 13 расположен вне камеры сгорания 9 и отделен от впускного клапана 12 подвижной заслонкой 10. Соединительно-уплотнительный диск 6 для обеспечения герметичности зоны повышенного давления при скольжении его по прорези 8 снабжен кольцевыми канавками 15 и 16, выполненными напротив друг друга на обеих сторонах его плоских поверхностей, в прорези 8 выполнены ответные кольцевые канавки 17 и 18, в объемах между канавками 16 и 17 и между канавками 15 и 18 установлены компрессионные герметизирующие кольца 19 и 20 соответственно (см. фиг.4 - укрупненное изображение)
Выполнение корпуса 1, состоящим из двух частей верхней 2 и нижней 3, обусловлено задачами обеспечения его сборки и упрощения конструктивных элементов устройства.
Конструкция поршня 5 видна на фиг.3, он представляет собой полусферу (выпуклой стороной направленной по ходу его движения), снабженную компрессионной «юбкой» 21 для обеспечения герметичности зоны повышенного давления и более полного использования давления сжатого газа.
Двигатель работает следующим образом:
Фаза 1. Подвижная заслонка 10 закрыта, вращающийся поршень 5 находится перед заслонкой 10 в неподвижном состоянии, в зону камеры сгорания 9, между подвижной заслонкой и вращающимся поршнем тороидального цилиндра 4, через впускной клапан 12 под давлением подается газ, свеча зажигания 14 выпускает искру, происходит возгорание (взрыв) газа и его мгновенное расширение, оказывающее давление на вращающийся поршень 5 и, приводя его в движение по окружности внутри тороидального цилиндра 4. Вращающийся поршень 5 через Соединительно-уплотнительный диск 6, который, скользя внутри прорези 8 и обеспечивая герметичность внутри зоны повышенного давления тороидального цилиндра 4, приводит во вращение выходной вал 7 двигателя.
Фаза 2. В процессе движения вращающийся поршень 5 достигает выпускного клапана 13, который открыт, и после прохождения вращающимся поршнем выпускного клапана давление в зоне между подвижной заслонкой 10 и вращающимся поршнем 5 падает, и поршень движется далее по инерции, достигая подвижной заслонки.
Фаза 3. Вращающийся поршень 5, двигаясь, толкает подвижную заслонку 10, которая, поворачиваясь относительно своей оси 11, пропускает вращающийся поршень, далее заслонка опускается, и поршень занимает первоначальную позицию.
Следует добавить, что помимо обеспечения тех преимуществ, которые были поставлены в цели (конструктивное упрощение и повышение эффективности двигателя) предлагаемое устройство позволяет достаточно просто достичь увеличения мощности двигателя различными путями, например, путем:
1. Увеличения количества модулей, состоящих из корпуса с тороидальным цилиндром со всеми элементами, заключенными в нем. Такие модули насаживаются на общий выходной вал (по принципу детской пирамидки), при этом камера сгорания, с заключенными в ней подвижной заслонкой, впускным клапаном и прочими составными элементами, в каждом вновь добавленном модуле, должна быть расположена диаметрально противоположно камере сгорания с такими же элементами в предыдущем модуле. Это позволит избежать «биения» и раскачки конструкции.
2. Увеличения объема цилиндра;
3. Увеличения длины рычага «вал-поршень» т.е. увеличением диаметра соединительно-уплотнительного кольца, и, как следствие, увеличением диаметра корпуса.
Помимо этого следует отметить, что для работы двигателя не требуется предварительного сжатия рабочего материала, а в качестве его может быть использован не только газ, как в вышеуказанном примере, но и бензино-воздушная смесь (подаваемая через инжектор) или даже сжатый воздух.