РАБОЧИЙ МОДУЛЬ МАШИНЫ С КАМЕРАМИ ИЗМЕНЯЕМОГО ОБЪЕМА
WORKING MODULE OF VARIABLE-VOLUME CHAMBER MACHINE

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к рабочему модулю устройства, предназначенному быть неделимой и основной частью активной и/или пассивной машины типа поршневого двигателя внутреннего сгорания, насоса, компрессора или турбины, а также роторного двигателя.
Рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема известен на предшествующем уровне техники, в частности для двигателя внутреннего сгорания, который в своем картере содержит горизонтальный рабочий цилиндр с впускной и выпускной трубами для впуска и выпуска текучей среды. В двигателе внутреннего сгорания выхлопные отработавшие газы расширяются через горизонтальный рабочий цилиндр. Главный вал смонтирован на подшипниках в горизонтальном рабочем цилиндре с закрепленным на нем эллиптическим корпусом, который на одной стороне во время вращения прочно опирается на внутреннюю цилиндрическую поверхность горизонтального рабочего цилиндра, а на другой стороне вертикально прижат вторым цилиндрическим корпусом.
Таким образом, в горизонтальном рабочем цилиндре образовано две камеры, изолированные друг от друга, которые постоянно изменяют свой объем. Эллиптический рабочий корпус и второй цилиндрический корпус работают вместе, а храповые колеса внешне закреплены на них и входят в зацепление. Второй рабочий корпус плотно установлен на подшипниках приводной головки, смонтированных с возможностью скольжения в блоке цилиндров двигателя, приводная головка соединена с поршнем двигателя и при перемещении передает движение через второй цилиндрический корпус к эллиптическому рабочему корпусу. При вращении главного вала поршнем движение осуществляется как результат процесса сгорания, при достижении нижней мертвой точки (BDC) поршня, он открывает впускную трубу горизонтального рабочего цилиндра и отработавшие газы проходят к одной из образованных камер, прикладывая дополнительное давление к эллиптическому корпусу, сообщая ему дополнительное вращение, ведущее к увеличению вращающего момента, принимаемого главным валом [1].
Рабочий модуль, описанный выше, может быть использован только и единственно для поршневого двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, сила, передаваемая от поршня к рабочему корпусу в горизонтальном рабочем цилиндре, получена с помощью зубчатой передачи, которая имеет низкий коэффициент полезного действия и одновременно содействует увеличению сил инерции в поршне вследствие дополнительной массы зубчатой передачи. Эллиптический корпус испытывает интенсивный износ, который вызывает более частую замену основного элемента модуля, а его уплотнение к внутренней поверхности горизонтального рабочего корпуса, особенно в случае температурной деформации, является проблемой.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной задачей настоящего изобретения является создание рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема для устройства, которое может быть использовано для различных видов машин путем умножения его различных деталей, реализуя максимальное использование энергии, подаваемой к модулю. Рабочий модуль устройства содержит горизонтальный рабочий цилиндр с впускной и выпускной трубой для подачи и выпуска текучей среды, соответственно. Главный вал смонтирован на подшипниках в горизонтальном рабочем цилиндре с закрепленным на нем рабочим телом, которое на одной стороне при вращении плотно прилегает к внутренней цилиндрической поверхности горизонтального рабочего цилиндра, а на другой - вертикально прижато вторым корпусом, образуя, таким образом, две камеры в горизонтальном рабочем цилиндре, изолированные одна от другой, которые постоянно изменяют свой объем. В соответствии с настоящим изобретением горизонтальный рабочий цилиндр размещен изолированным в общем корпусе картера рабочего модуля, а главный вал установлен на подшипниках в стенках горизонтального рабочего цилиндра, а также в стенках общего корпуса. В картере дополнительно к горизонтальному рабочему цилиндру, имеется, по меньшей мере, один цилиндрический корпус, смонтированный эксцентрично и неподвижно на главном валу с внутренним кольцом подшипника скольжения, прочно соединенным к его окружности, причем внешнее кольцо обеспечено шарнирным соединением, закрепленным на раме, где также закреплен второй корпус, который всегда прилегает к рабочему корпусу горизонтального рабочего цилиндра. Противовесы смонтированы на главном валу, а рабочим корпусом является цилиндрический вал эксцентричного и неподвижного соединения с главным валом и уплотненный небольшой и большой уплотнительными прокладками к вертикальным стенкам горизонтального рабочего цилиндра. Цилиндрический вал обеспечен подпружинивающимся первым фрикционным элементом, прижатым к внутренней цилиндрической стенке горизонтального рабочего цилиндра, а в среднем корпусе сделан вертикальный паз, расположенный поверх горизонтального рабочего цилиндра и зафиксированный на нем между отверстиями впускной и выпускной труб, причем в пазу расположен второй корпус с формой клапана, закрепленный на раме и постоянно прижимающий второй фрикционный элемент цилиндрического вала, соединенный с помощью вспомогательной пружины с клапаном.
Горизонтальный рабочий цилиндр с цилиндрическим валом эксцентричного и неподвижного соединения с главным валом, уплотненный небольшим и большим кольцевыми уплотнениями к вертикальным стенкам горизонтального рабочего цилиндра, который предусмотрен прижатым к внутренней стороне горизонтального рабочего цилиндра, подпружинивающего первый фрикционный элемент, предпочтительно сгруппированы в "первый рабочий блок" модуля. Цилиндрический корпус, смонтированный эксцентрично и неподвижно на главном валу с прочно соединенным с его окружностью внутренним кольцом подшипника скольжения с внешним кольцом, обеспеченным шарнирным соединением, сгруппированы во "второй рабочий блок" модуля.
В предпочтительном варианте осуществления в цилиндрическом пространстве горизонтального рабочего цилиндра к нему в секции второго фрикционного элемента и к цилиндрическому валу в секции первого фрикционного элемента рассматриваются противоположными и проникающими друг в друга поперечные полосы, которые покрывают фрикционные элементы как одна поверх другой.
Очень удобно, если первый фрикционный элемент присоединен к основанию цилиндрического вала путем крепления к нему нижней ленты, где лежит сминаемая опорная лента с профильными направляющими, причем направляющие соответствуют профильным пазам в первом фрикционном элементе и два первых набора представляют собой смонтированные на опорной ленте, состоящие из расположенных друг на друге колпачка, пружины и крышки, к которому прилегает опорный цилиндр, закрепленный на первом фрикционном элементе. На нижней части цилиндрического вала первый фрикционный элемент имеет плоское уплотнение, поддерживаемое прижатым к горизонтальному рабочему цилиндру посредством упругой пластины.
Таким образом, во втором фрикционном элементе присоединены еще два вторых набора, состоящих из колпачка, пружины и крышки, причем крышка соединена со вторым фрикционным элементом, а опорные цилиндры размещены плотно в направляющих пазах клапана, то есть уплотнены в своем пазу двумя противоположными плоскими уплотнениями, поддерживаемыми в прижатом положении упругими пластинами.
Существенно необходимым для надежной работы модуля является радиус R4 окружности, вычерчиваемой осью шарнирного соединения второго блока: он должен быть равен радиусу цилиндрического вала первого рабочего блока, а цилиндрический корпус радиуса R3 второго рабочего блока должен быть постоянно расположен в течение его движения под осью шарнирного соединения. Центр цилиндрического корпуса вычерчивает окружность радиуса R5 в течение его вращательного движения. Внешний радиус горизонтального рабочего цилиндра ограничен уравнением: R1=R4+R5. Ось шарнирного соединения расположена в вертикальной плоскости при эксцентриситете Е вертикальной плоскости, где установлена ось главного вала.
Рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема является неделимой частью двигателя внутреннего сгорания, использующего расширение газообразных продуктов сгорания, и является первым вариантом осуществления применения модуля. В этом варианте осуществления в общем корпусе модуля смонтированы первый рабочий блок с двумя вторыми рабочими блоками, расположенными симметрично на каждой стороне. Между двумя каждыми двумя вторыми рабочими блоками имеется противовес, закрепленный на главном валу, а их шарнирные соединения соединены с юбками поршней сжатия, смонтированных в блоке цилиндров. Поршни сжатия закреплены на раме, с которой также соединен так называемый рабочий поршень, расположенный в блоке цилиндров поверх первого рабочего блока, постоянно прижатый к клапану цилиндрического вала вторым фрикционным элементом, смонтированным в пазу среднего корпуса. Рама размещена в головке блока цилиндров и распредвал смонтирован ниже, с которым соединены всасывающие клапаны концевых цилиндров сжатия и всасывающие клапаны среднего вертикального рабочего цилиндра. Всасывающие клапаны вертикального рабочего цилиндра соединены через всасывающие колодцы с клапанами сжатия, предусмотренными в цилиндрах сжатия, причем распредвал соединен с главным валом посредством зубчатой передачи.
Рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема является неделимой частью двигателя внутреннего сгорания, использующего продолжающееся расширение газообразных продуктов сгорания, и является вторым вариантом осуществления применения модуля. В этом варианте осуществления в общем корпусе модуля смонтированы: первый рабочий блок и по одному второму рабочему блоку, смонтированному на каждой стороне. На обеих сторонах вторых рабочих блоков симметрично на главном валу закреплены противовесы, а шарнирные соединения вторых рабочих блоков соединены с рамой, которая горизонтально смонтирована в блоке цилиндров, а поршни трех цилиндров присоединены к ней, причем средний поршень является вертикальным рабочим, а концевые поршни являются поршнями сжатия. Рама размещена в подпоршневом пространстве и является общей для трех поршней, и она отделена от картера горизонтальным основанием в общем корпусе, причем через это основание проходят уплотненные твердые соединения, которые являются частью рамы и ориентированы вдоль оси поршня, головки блока цилиндров, профилированной поверх них, где установлен распредвал, с которым соединены всасывающие клапаны для цилиндров сжатия и всасывающие клапаны вертикального рабочего цилиндра. Всасывающие клапаны вертикального рабочего цилиндра соединены через всасывающие колодцы с клапанами сжатия в цилиндрах сжатия. Распредвал соединен с главным валом посредством зубчатой передачи. Под горизонтальным основанием вдоль оси поршня вертикального рабочего цилиндра и соединенным с ним находится клапан, расположенный в пазу среднего корпуса, постоянно прижимающий второй фрикционный элемент к цилиндрическому валу первого рабочего блока.
Рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема является неделимой частью активной или пассивной машины и третьим вариантом осуществления применения модуля. В этом варианте осуществления в общем корпусе модуля смонтированы первый рабочий блок с симметрично соединенными по одному второму рабочему блоку на каждой стороне. Внешне на вторых рабочих блоках на главном валу закреплены противовесы, а шарнирные соединения вторых рабочих блоков соединены с рамой посредством профилированных удлинений. Рама горизонтально смонтирована в головке посредством упругих соединений, а удлинения размещены на соединении скольжения в вертикальных пазах, профилированных в корпусе головки и в среднем корпусе, в котором симметрично между вертикальными пазами профилирован направляющий колодец с поршнем, размещенном в нем, закрепленным на раме и постоянно прижимающим второй фрикционный элемент к цилиндрическому валу первого рабочего блока. В верхней части клапана имеется сквозное отверстие, которое регулирует поток текучей среды во впускной трубе, горизонтально проложенной через средний корпус.
Рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема является неделимой частью роторного двигателя в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления на главном валу закреплены четыре противовеса, два из них расположены на обеих сторонах второго рабочего блока и другие два расположены внешне относительно первых рабочих блоков, а поверх общего корпуса прочно закреплен средний корпус с головкой поверх него. Один из двух рабочих блоков является рабочим блоком сжатия, а другой является рабочим блоком расширения; средний корпус содержит впускную и выпускную трубы горизонтальных рабочих цилиндров, а также паз для клапана со вторым фрикционным элементом, постоянно прижимаемым рамой к цилиндрическому валу горизонтального рабочего цилиндра. Рама является свободно скользящей в головке, впускная труба первого рабочего блока сжатия соединена через первый воздухопровод с воздушным фильтром, его выпускная труба соединена через нагнетательный канал с всасывающим клапаном камеры сгорания, профилированной в головке, где предусмотрены свеча зажигания и жиклер для подачи топлива. Горизонтальный рабочий цилиндр первого рабочего блока расширения соединен с камерой сгорания через его впускную трубу, роторный клапан и разгрузочный канал.
В предпочтительном варианте осуществления головка отделена от среднего корпуса посредством опорной пластины, а всасывающий клапан камеры сгорания приводится в действие посредством распредвала, соединенного зубчатой передачей с главным валом.
Роторный клапан может быть предпочтительно закреплен на приводном валу, который включен в зубчатую передачу, соединяющую главный вал с распредвалом. Корпус роторного клапана представляет собой треугольник, а его угол 2α при вершине в оси вращения равен углу α, ограниченному отверстиями впускной и выпускной труб, образующими вершину в главном валу.
С помощью рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема, соответствующего настоящему изобретению устройства, была создана универсальная конструкция, которая может быть успешно использована не только с активными машинами, подобно поршневым и роторным двигателям внутреннего сгорания, но также и с пассивными машинами, подобными насосам и компрессорам. Распределение процессов в двух отдельных, но взаимно соединенных рабочих блоках, делает возможным использование энергии газообразных продуктов сгорания благодаря их продолжающемуся расширению в так называемом горизонтальном цилиндре для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Поскольку представляют интерес роторные двигатели, более высокое сжатие получают путем использования двух блоков первого рабочего вида, один блок является блоком сжатия, а другой блок - блоком расширения. Эти процессы делятся и комбинируются камерой сгорания. Одновременно используется сила инерции второго рабочего блока, что делает возможным увеличение коэффициента полезного действия двигателя. С машинами пассивного типа, например, насосами и компрессорами, а также турбинами в качестве активных машин, комбинация обоих рабочих блоков обеспечивает также возможность получения более высокой величины коэффициента полезного действия. Роль сил инерции, генерируемых в течение вращения цилиндрического корпуса, и колебательного движения шарнирного соединения тоже является существенной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - продольное сечение модуля машины с камерами изменяемого объема, соответствующего настоящему изобретению,
Фиг.2 - поперечное сечение модуля в первом рабочем блоке.
Фиг.3 - поперечное сечение модуля во втором рабочем блоке.
Фиг.4 - чертеж в аксонометрической проекции блока с первым фрикционным элементом.
Фиг.5 - частичный разрез D-D фиг.4.
Фиг.6 - чертеж в аксонометрической проекции блока со вторым фрикционным элементом.
Фиг.7 - частичный разрез Е-Е фиг.6.
Фиг.8 - относительное положение обоих фрикционных элементов при синхронной работе и участии перекрывающихся полос.
Фиг.9 - продольное сечение первого варианта осуществления модуля в двигателе внутреннего сгорания.
Фиг.10 - поперечное сечение первого варианта осуществления рабочего модуля в двигателе внутреннего сгорания через его первый рабочий блок.
Фиг.11 - продольное сечение второго варианта осуществления рабочего модуля в двигателе внутреннего сгорания.
Фиг.12 - поперечное сечение второго варианта осуществления рабочего модуля в двигателе внутреннего сгорания через его первый рабочий блок.
Фиг.13 - продольное сечение третьего варианта осуществления рабочего модуля в активной или пассивной машине.
Фиг.14 - поперечное сечение первого рабочего узла третьего варианта осуществления рабочего модуля в активной или пассивной машине.
Фиг.15 - продольное сечение четвертого варианта осуществления рабочего модуля, используемого в роторном двигателе внутреннего сгорания.
Фиг.16 - поперечное сечение четвертого варианта осуществления рабочего модуля, используемого в роторном двигателе внутреннего сгорания через первый рабочий блок сжатия.
Фиг.17 - поперечное сечение четвертого варианта осуществления рабочего модуля в роторном двигателе внутреннего сгорания через первый рабочий блок расширения.
Фиг.18 - поперечное сечение поворотного клапана.
Фиг.19 - продольное сечение поворотного клапана.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1-3 описан рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема, соответствующий настоящему изобретению, содержащий горизонтальный рабочий цилиндр 1, размещенный в картере 2 общего корпуса 3, где в горизонтальном рабочем цилиндре 1 смонтирован на подшипниках главный вал 4. На главном валу 4 в горизонтальном рабочем цилиндре 1 закреплен и эксцентрично установлен цилиндрический вал 5, который уплотнен к боковым стенкам 6 горизонтального рабочего цилиндра 1 посредством малого 7 и большого 8 кольцевых уплотнений. В цилиндрическом валу 5 радиально установлена s-образная вспомогательная пружина и уплотненный первый фрикционный элемент 9, постоянно примыкающий в течение вращения цилиндрического вала 5 к внутренней цилиндрической поверхности горизонтального рабочего цилиндра 1. Внутреннее пространство горизонтального рабочего цилиндра 1 соединено с впускной 10 и выпускной 11 трубами. Через средний корпус 12, соединенный с общим корпусом 3, проходят каналы труб 10 и 11, а между ними профилирован направляющий паз для уплотненного клапана 13, расположенного в нем, который постоянно прилегает к цилиндрическому валу 5 посредством второго фрикционного элемента 14. Таким образом, в горизонтальном рабочем цилиндре 1 образованы две камеры, изолированные друг от друга, которые постоянно изменяют свой объем. Кроме того, в горизонтальном рабочем цилиндре 1, размещенном в картере 2, на главном валу 4 эксцентрично и постоянно установлено, по меньшей мере, один цилиндрический корпус 15, плотно присоединенный вдоль окружного внутреннего кольца 16 подшипника скольжения с внешним кольцом 17, обеспеченным шарнирным соединением 18 с рамой 19, размещенной в верхней части модуля. Рама 19 также присоединена к клапану 13, поддерживающему и постоянно прижимающему второй фрикционный элемент 14 в цилиндрическом валу 5 горизонтального рабочего цилиндра 1. На главном валу 4 смонтированы противовесы 20.
Для достижения надежного разделения двух камер, образованных в цилиндрическом пространстве горизонтального рабочего цилиндра 1, в нем в области второго фрикционного элемента 14 и на цилиндрическом валу 5 в области первого фрикционного элемента предусмотрены противоположные и взаимно проникающие направляющие полосы 21, которые перекрывают фрикционные элементы 9 и 14, которые расположены одна поверх другой. Одна часть направляющих полос 21 соединена с внутренней поверхностью горизонтального рабочего цилиндра 1 на обеих сторонах второго фрикционного элемента 14, а другая противоположная часть, которая проходит через направляющие полосы первой части, закреплена на цилиндрическом валу 5 на обеих сторонах первого фрикционного элемента 9.
Первый фрикционный элемент 9 прикреплен к основанию цилиндрического вала 5 путем крепления к нему нижней ленты 22, где лежит сминаемая опорная лента 23 с профильными направляющими 24, причем эти направляющие соответствуют профильным пазам 25 в первом фрикционном элементе 9. Три первых набора смонтированы на опорной ленте и состоят из расположенных один поверх другого элементов, а именно колпачка 26, пружины 27 и крышки 28, к которым прилегает опорный цилиндр 29, закрепленный на первом фрикционном элементе 9. Помимо всего прочего, на нижней части 30 цилиндрического вала 5 первый фрикционный элемент 9 имеет плоское уплотнение 31, удерживаемое путем прижатия к рабочему цилиндру посредством упругой пластины 32. Второй фрикционный элемент 14 имеет аналогичную конструкцию и также, подпружинено, соединен с клапаном 13, который закреплен на раме 19. Другие три дополнительных набора присоединены ко второму фрикционному элементу 14, то есть крышка 33, пружина 34 и крышка 35, причем крышка 35 присоединена к клапану 13, а опорные цилиндры 29 смонтированы в направляющих пазах клапана 13, а их другие концы закреплены на втором фрикционном элементе 14. Клапан 13 уплотнен в его пазу двумя противоположными плоскими уплотнениями 36, поддерживаемыми в сжатом положении упругими пластинами 37.
Таким образом, описанный рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема содержит первый рабочий блок, иллюстрируемый на фиг.2, включающий в себя горизонтальный рабочий цилиндр 1 с цилиндрическим валом 5, эксцентрично и неподвижно соединенным с главным валом 4 и уплотненным посредством кольцевых уплотнений 7 и 8 к вертикальным стенкам горизонтального рабочего цилиндра 1, то есть обеспечен прижатым к внутренней стенке горизонтального рабочего цилиндра 1, подпружинивая первый фрикционный элемент 9, и второй рабочий блок, иллюстрируемый на фиг.3, включающий в себя цилиндрический корпус 15, эксцентрично и неподвижно соединенный с главным валом 4 с помощью присоединенного к его окружному внутреннему кольцу 16 подшипника скольжения, который имеет внешнее кольцо 17, обеспеченное шарнирным соединением 18.
Имеются различные условия, которые ограничивают рабочую производительность модуля, относящиеся к местоположению элементов во втором рабочем блоке, причем главным требуемым условием является то, чтобы радиус R4 окружности, которую вычерчивает ось шарнирного соединения 18, должен быть равен радиусу цилиндрического вала 5 первого рабочего блока. Поверхность цилиндрического корпуса 15 с радиусом R3, второго рабочего блока должна оставаться под осью шарнирного соединения 18. Центр цилиндрического корпуса 15, установленного эксцентрично и постоянно на главном валу 4, в течение его вращения описывает окружность радиуса R5, и всегда должно сохраняться условие R1=R4+R5. Однако ось шарнирного соединения 18 смещается к прилегающей вертикальной плоскости с эксцентриситетом Е, в общем случае к вертикальной плоскости, где смонтирована ось главного вала 4. Для нормальной работы модуля пространство 2 картера должно быть больше чем внешний радиус R1 горизонтального рабочего цилиндра 1.
В первом варианте осуществления рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема, иллюстрируемом на фиг.9 и фиг.10, в общем корпусе 3 модуля установлены первый рабочий блок и два вторых рабочих блока, размещенных симметрично на каждой стороне, и между каждыми двумя вторыми рабочими блоками имеется противовес 20, закрепленный на главном валу 4, а их шарнирные соединения 18 соединены с юбками 38 поршня 39, установленными в блоке 40 цилиндров, причем поршни 39 закреплены на раме 19. Другой поршень 41 присоединен к раме 19, размещен в блоке 40 цилиндров над первым рабочим блоком, постоянно прижатым к клапану 13 цилиндрического вала 5. Рама 19 размещена в головке 42 блока 40 цилиндров, а распределительный вал 43 соединен с расположенными ниже, всасывающими клапанами 44 концевых цилиндров, называемых цилиндрами 45 сжатия, и всасывающими клапанами 46 среднего вертикального рабочего цилиндра 47, соединенными через всасывающие колодцы 48 с клапанами 49 сжатия, предусмотренными в цилиндрах 45 сжатия. Распределительный вал 43 соединен с главным валом 4 посредством зубчатой передачи 50. Впускная труба 10 соединена с надпоршневым пространством 51 вертикального рабочего цилиндра 47 в зоне нижней мертвой точки (BDC). Головка 42 блока цилиндров обеспечена жиклером 52 для подачи топлива и свечой 53 зажигания. Таким образом, рабочий модуль становится частью двигателя внутреннего сгорания, где осуществляется продолжающееся расширение газообразных продуктов сгорания. Для получения полной картины на главном валу 4 на одной из внешних частей общего корпуса 3 смонтирован маховик 54, приводимый во вращение посредством стартера 55. На распределительном валу 43 установлен коммутатор 56 распределителя зажигания. В этом варианте осуществления рама 19 соединена с верхней частью головки 42 цилиндров посредством упругих соединений 57, то есть пружин, работающих на растяжение и сжатие. Кроме того, как иллюстрируется на фиг.10, описанный двигатель, сконструированный на основе рабочего модуля, имеет также воздушный фильтр 62, который соединен с всасывающими клапанами 44 цилиндров 45 сжатия через первый воздухопровод 63.
В другом варианте осуществления рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема, иллюстрируемого на фиг.11 и фиг.12, в общем корпусе 3 модуля установлен один первый рабочий блок и симметрично на каждой из его обеих сторон второй рабочий блок и симметрично на обеих сторонах вторых рабочих блоков противовесы 20, закрепленные на главном валу 4. Шарнирные соединения 18 вторых рабочих блоков присоединены к раме 19, которая горизонтально установлена в блоке 40 цилиндров, а рабочий 41 поршень и поршни 39 сжатия этих трех цилиндров присоединены к ней, причем средний цилиндр является вертикальным и рабочим 47, а концевые цилиндры являются цилиндрами 45 сжатия. Рама 19 размещена в подпоршневом пространстве 58 и является общей для трех поршней и отделена от картера 2 общего корпуса 3 горизонтальным основанием 59. Уплотненные твердые соединения 60 проходят через это основание 59, и они являются частью рамы 19 и ориентированы вдоль оси поршня, головка 42 блока 40 цилиндров профилирована поверх них. Распределительный вал 43 смонтирован на головке 42 блока цилиндров, всасывающие клапаны 44 цилиндров 45 сжатия и всасывающие клапаны 46 вертикального рабочего цилиндра 47 присоединены к этому распределительному валу 43. Всасывающие клапаны 46 вертикального рабочего цилиндра 47 соединены через всасывающие колодцы 48 с клапанами 49 сжатия в цилиндрах 47 сжатия. Распределительный вал 43 соединен с главным валом 4 посредством зубчатой передачи 50. Под горизонтальным основанием 59 вдоль оси 41 поршня вертикального рабочего цилиндра 47 и соединенный с ним находится клапан 13, расположенный в направляющем пазу 61 среднего корпуса 12, постоянно прижимающий второй фрикционный элемент 14 к цилиндрическому валу 5 первого рабочего блока.
Впускная труба 10 соединена с надпоршневым пространством 51 вертикального рабочего цилиндра 47 над нижней мертвой точкой (BDC). Головка 42 блока цилиндров обеспечена жиклером 52 для подачи топлива и свечой 53 зажигания. Таким образом, этот рабочий модуль и другие, известные на предшествующем уровне техники, конструктивные элементы являются версией двигателя внутреннего сгорания, который использует продолжающееся расширение продуктов сгорания. Для получения полной картины на главном валу 4 на одной из внешних частей общего корпуса 3 смонтирован маховик 54, приводимый во вращение стартером 55, а коммутатор 56 распределителя зажигания установлен на распределительном валу 43. Кроме того, как это иллюстрируется на фиг.9, описанный таким образом двигатель, сконструированный на основе рабочего модуля, имеет также воздушный фильтр 62, который соединен на одной стороне с всасывающими клапанами 44 цилиндров 45 сжатия через первый воздухопровод 63, а на другой стороне - с подпоршневым пространством 58, и через второй воздухопровод 64, проложенный в вертикальном направлении в блоке 40 цилиндров, соединен с надпоршневым пространством 51. Ламеллярный клапан 69 расположен в подпоршневом пространстве 58 на входе второго воздухопровода 64, разрешая потоку воздуха из подпоршневого пространства 58 смешиваться только с надпоршневым пространством 51.
В третьем варианте осуществления рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема, иллюстрируемого на фиг.13 и фиг.14, в общем корпусе 3 модуля установлен первый рабочий блок с симметрично соединенными на каждой стороне по одному второму рабочему блоку, а с внешней стороны вторых рабочих блоков, на главном валу 4, закреплены противовесы 20. Шарнирные соединения 18 вторых рабочих блоков соединены с рамой 19 посредством удлинений 65. Рама 19 установлена горизонтально в головке 66. Удлинения 65 размещены в скользящем соединении в вертикальных пазах 67, профилированных в корпусе 66 головки и в среднем корпусе 12, где симметрично между вертикальными пазами 67 профилирован направляющий колодец 61 с клапаном 13, расположенным в нем, соединенным с рамой и постоянно прижимающий второй фрикционный элемент к цилиндрическому валу 5 первого рабочего блока. В верхней части клапана 13 имеется сквозное отверстие 68, которое при вертикальном движении клапана 13 регулирует поток текучей среды во впускной трубе 10, которая в этом варианте осуществления проложена в горизонтальном направлении через средний корпус 12. Кроме того, рама 19 соединена с головкой 66 посредством упругих соединений 57, то есть пружин растяжения и сжатия. Иллюстрируемое на вышеуказанных чертежах может быть использовано как активная или пассивная машина, насос или компрессор с внешним источником приведения в действие главного вала 4 и турбины, благодаря использованию давления текучей среды для вращения главного вала 4, для чего впускная 10 и выпускная 11 трубы обеспечены соответствующими клапанами (отмечены символами (значками)), регулирующими поток текучей среды.
В четвертом варианте осуществления рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема, иллюстрируемого на фиг.15-19, общий корпус 3 модуля содержит два первых рабочих блока и один второй рабочий блок, расположенный между ними. Четыре противовеса 20 закреплены на главном валу, два из которых размещены на обеих сторонах второго рабочего блока, а другие два расположены внешне первым рабочим блокам. Поверх общего корпуса 3 жестко закреплен средний корпус 12, а поверх него - головка 66. Два первых рабочих блока имеют разные функции. Один является блоком сжатия, а другой является блоком расширения и основной частью роторного двигателя. Средний корпус 12 содержит впускную 10 и выпускную 11 трубы горизонтальных рабочих цилиндров 1, а также паз для клапана 13 со вторым фрикционным элементом 14, постоянно прижимаемым рамой 19 к цилиндрическому валу 5 горизонтального рабочего цилиндра 1. Рама 19 является свободно скользящей в головке 66. Впускная труба 10 первого рабочего блока сжатия соединена через первый воздухопровод 63 с воздушным фильтром 62, а его выпускная труба 11 соединена через напорный канал 70 с всасывающим клапаном 71 камеры 72 сгорания, профилированной в головке 66. В камере сгорания имеются свеча 53 зажигания и жиклер 52 для подачи топлива. Головка 66 отделена от среднего корпуса 12 посредством опорной пластины 73. Всасывающий клапан 71 камеры 72 сгорания приводится в действие распределительным валом 43, соединенным зубчатой передачей 50 с главным валом 4. Горизонтальный рабочий цилиндр 1 первого рабочего блока расширения соединен с камерой сгорания 72 через впускную трубу 10, роторный клапан 74 и разгрузочный канал 75. Роторный клапан 74 закреплен на приводном валу 76, который соединен с зубчатой передачей 50, соединяющей главный вал 4 с распределительным валом 43. Корпус ротационного клапана представляет собой треугольник с углом 2α при вершине, где угол α является углом, ограниченным осями отверстий впускной 10 и выпускной 11 трубы, образующими вершину в главном валу.
Когда рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема используют для активного типа машин и особенно для поршневых и роторных двигателей внутреннего сгорания, их конструкция обеспечивается насосом 77 охлаждающей текучей среды и смазочным насосом 78, соединенными через соответствующие каналы и расположенными, как обычно, в общем корпусе 3 и картере 2. Все части двигателя подвергаются смазке. Смазка машин пассивного типа также является стандартной.
ПРИМЕНЕНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
В его первом варианте осуществления рабочий модуль машины с камерами изменяемого объема является неделимой частью двигателя внутреннего сгорания, где процесс сгорания осуществляется вертикальным рабочим цилиндром 47, а передача сил, генерируемых в результате давления, развиваемого в нем, осуществляется посредством рамы и второго рабочего узла, соединенного с ней. Воздушная смесь подается через всасывающие клапаны 46 вертикального рабочего цилиндра и заполняет надпоршневое пространство 51, таким образом, открывая клапаны сжатия и цилиндры 45 сжатия. После того как вышеупомянутые клапаны 49 и 46 закрываются, и когда рабочий поршень 41 достигает верхней мертвой точки (TDC), жиклер 52 подает топливо в надпоршневое пространство 51 и свеча 53 зажигания генерирует искру зажигания. Образованное давление приводит в движение рабочий поршень 41 к нижней мертвой точке (BDC), перемещая также поршни 39 сжатия вместе с рабочим поршнем 41 благодаря их общему соединению через раму 19. При приближении к нижней мертвой точке (BDC) впускная труба 10 горизонтального цилиндра 1 соединяется с надпоршневым пространством 51 и часть газообразных продуктов сгорания достигает одной из камер, образованных в горизонтальном рабочем цилиндре 1, прикладывая давление к цилиндрическому валу 5, увеличивая, таким образом, вращающий момент, реализуемый главным валом 4. После прохождения нижней мертвой точки рабочий поршень 41 движется вверх и газообразные продукты сгорания следуют своим путем к горизонтальному рабочему цилиндру 1 и поддерживают давление на цилиндрический вал 5. Одновременно, до тех пор, пока не закрывается впуск во впускную трубу 10 в надпоршневом пространстве 51 вертикального рабочего цилиндра 47, всасывающий клапан 46 вертикального рабочего цилиндра 47 открывается, и очищенный воздух проникает в надпоршневое пространство 51, подогреваемый в закрытых всасывающих каналах 48. Поток этого горячего очищенного воздуха проходит через надпоршневое пространство 51 и, таким образом, подготавливает его к следующему циклу. После того, как головка рабочего поршня 41 проходит через вход впускной трубы 10, сжатие в надпоршневом пространстве увеличивается и так называемые клапаны 49 сжатия открываются и начинается новая загрузка вертикального рабочего цилиндра 47 воздушной смесью. К этому времени газообразные продукты сгорания, действующие на цилиндрический вал 5, передали свою энергию и покидают горизонтальный рабочий цилиндр 1 через выпускную трубу 11. Одновременно, в то время как первый рабочий блок действует так, как описано выше, второй рабочий блок осуществляет вращение главного вала 4, при этом поршни 39 сжатия движутся синхронно с рабочим поршнем 41, а юбки 32 выполняют возвратно-поступательное движение шарнирных соединений 18, которые заставляют внешние кольца 17 подшипников скольжения выполнять возвратно поступательное движение и одновременно колебательное (fluctuating) движение вокруг центра главного вала 4. Этим движением осуществляется вращение цилиндрического корпуса 15, который закреплен на главном валу 4. В этом варианте осуществления рама расположена в надпоршневом пространстве 51 и соединена, как указано выше, с верхней стенкой головки 42 блока цилиндров посредством упругих соединений 57, а в специальном исполнении, посредством пружин, работающих на растяжение и сжатие. Упругие соединения 57 делают возможным уменьшение влияния сил инерции в верхней мертвой точке (TDC), которые оказывают отрицательное влияние на шарнирное соединение 18, упрощая, таким образом, его работу.
Во втором варианте осуществления рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема он также является неделимой частью двигателя внутреннего сгорания, где процесс сгорания имеет место в вертикальном рабочем цилиндре 47, а передача сил, генерируемых давлением, развиваемым в нем, осуществляется рамой 19 и соединенным с ней вторым рабочим блоком. Процессы, которые развиваются в головке 42 блока цилиндров и клапанах, аналогичны процессам, описанным в первом варианте осуществления. Различие заключается в соединении рабочего поршня 41 и поршня 39 сжатия с рамой 19. Это соединение осуществлено в нижней части поршней 41 и 39. Подпоршневое пространство 58 является обычным и отделено горизонтальным основанием 59 от отделения, где размещены рабочие блоки. Таким образом, подпоршневое пространство 58 является пространством сжатия и сжатый воздух подается через второй воздухопровод 64 в надпоршневое пространство 51, которое ограничено местоположением рабочего поршня 41 в вертикальном рабочем цилиндре 47 и обеспечиваемым ламеллярным клапаном 69, который дает возможность воздушной смеси проходить только из подпоршневого пространства 58 в надпоршневое пространство 51.
В третьем варианте осуществления рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема он является неделимой частью машины, которая может быть либо активной, то есть турбиной, или пассивной, то есть, насосом или компрессором. В этом случае необходим внешний источник движения для вращения, как главного вала 4, так и цилиндрического вала 5. В течение вращения всасывание осуществляется через впускную трубу 10 горизонтального рабочего цилиндра и одновременное смещение клапана 13, который имеет сквозное отверстие 68 в его верхней части, открывающееся и закрывающееся в цикле, в котором впускная труба 10 горизонтально совмещена в среднем корпусе 12. Шарнирные соединения 18 соединены удлинениями 65 рамы 19, которая соединена с упругими соединениями 57, выполненными в качестве пружин, работающих на растяжение и сжатие, к верхней части головки 66. Эти пружины 57 содействуют вращению главного вала 4, и когда оно разбалансировано, они всегда стремятся вернуть его в его исходное положение, таким образом испытывая дополнительное движение для получения дополнительного вращающего момента, что является фактором, который увеличивает мощность машины независимо от того, является ли она активной или пассивной.
В четвертом варианте осуществления рабочего модуля машины с камерами изменяемого объема, иллюстрируемого на фиг.15-19, в общем корпусе 3 модуля смонтированы два первых рабочих блока и второй рабочий блок между ними. При таком расположении модуль является неделимой частью роторного двигателя внутреннего сгорания. В этом роторном двигателе развиваются следующие процессы. Воздушная смесь, всасываемая через воздушный фильтр, подается для сжатия первым рабочим блоком и транспортируется через нагнетательный канал и всасывающий клапан к камере 72 сгорания, куда передается топливо и имеет место процесс сгорания. Полученная таким образом воздушно-топливная смесь после сгорания и развития высокого давления подается через роторный клапан 74 к горизонтальному рабочему цилиндру 1 первого рабочего блока расширения, прикладывающего давление к цилиндрическому валу, и вращает главный вал 4, расширяясь и передавая свою энергию, и в конце покидает внутреннее пространство этого горизонтального рабочего цилиндра 1 через его выпускную трубу. Вращение главного вала 4 приводит в движение второй рабочий блок и силы инерции, развиваемые в нем вследствие массы цилиндрического корпуса 15, дают дополнительный вращающий момент главному валу 4, увеличивая, таким образом, мощность двигателя.
Источники информации
1. Патентная заявка Германии №22039408.