БЕСКРИВОШИПНЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
NON-CRANK TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.
Наиболее близким к изобретению аналогом является «бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями» (Патент РФ №2166654, БИ 10.05.2001), содержащий размещенные в корпусе гильзу цилиндра, поршень, выходной вал и передаточные механизмы, взаимодействующие с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности паз, а также механизм взаимодействия поршня с выходным валом двигателя, причем поршень выполнен в виде закрытого с торцов трубчатого элемента, концы которого уплотнены по наружной и внутренней поверхностям, поршень соединен с выходным валом двигателя, проходящим через оба днища поршня по его оси, посредством подшипников качения или скольжения, опирающихся на плоскости выходного вала, наружные поверхности верхнего и нижнего днищ поршня в совокупности с соответствующими поверхностями верхней и нижней крышек цилиндра, а также гильзы цилиндра образуют камеры сгорания, расположенные с обеих сторон одного и того же поршня, что обеспечивает возможность поочередного осуществления рабочих процессов с обеих сторон одного и того же поршня, то есть его двойное действие, при этом паз выполнен на боковой поверхности поршня, передаточные механизмы установлены в корпусе двигателя, а механизм взаимодействия поршня с выходным валом расположен внутри поршня двигателя. Недостатком данного двигателя является сложность его конструкции, большое число уплотнительных элементов, малый ресурс его работы на больших оборотах.
Прототипом предлагаемого устройства является «бескривошипный двигатель внутреннего сгорания» (Патент РФ №2156871, БИ 27.09.2000), содержащий цилиндр, гильзу, поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочленение с криволинейным бесконечным пазом, выполненным на наружной поверхности поршня, причем на выходном валу установлена пружина, имеющая предварительное сжатие, при этом один конец пружины опирается на буртик выходного вала, а другой - на нижний торец юбки поршня.
Основными недостатками конструкции этого двигателя являются:
- малый ресурс его работы из-за возникающих сил трения между вращающимся поршнем и неподвижной гильзой;
- ненадежность конструкции при передаче крутящего момента от поршня на выходной вал через поршневые пальцы;
- снижение КПД двигателя из-за поглощения энергии взрыва в камере сгорания пружиной при рабочем ходе поршня.
Цель изобретения - повышение надежности, ресурса и КПД работы двигателя.
Поставленная цель достигается: изменением конструкции поршня для исключения его принудительного вращения в процессе работы, передачей крутящего момента на выходной вал через шариковую опору; изменением конструкции передаточного механизма.
Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1. Общий вид.
Фиг.2. Разрез А-А (НМТ) на фиг.1.
Фиг.3. Разрез А-А (ВМТ) на фиг.1.
Двигатель (фиг.1-3) включает головку цилиндра 1, цилиндр 2 и гильзу 3 с выполненными в стенках продувочными окнами 4, выпускным окном 5, впускным окном 6 и каналами подачи горючей смеси 7, поршень 8, выполненный составным и содержащий толкатель 9 с подшипником 10 и установленную на нем поршневую головку 11, выходной вал 12, кинематически связанный с толкателем 9 посредством шариковых опор 13 с возможностью осевого перемещения. Причем на боковой поверхности толкателя 9 выполнен бесконечный криволинейный паз 14, который входит в сочленение с роликовыми опорами 15, установленными на подшипниках 16, смонтированных в цилиндре 2. На выходном валу 12, установленном на опорном подшипнике 17, смонтированы маховик 18 для равномерной работы и вентильная электромашина 19 для обеспечения работы электрооборудования двигателя, корпус которой закреплен на цилиндре 2. Цилиндр 2 двигателя снабжен впускным коллектором 20 для крепления карбюратора (не показан) и выпускным коллектором 21 для крепления глушителя (не показан), а также клапаном 22 для подачи горючей смеси в подпоршневую камеру 23. Воспламенение горючей смеси в камере сгорания 24 производится свечой зажигания 25, установленной в головке цилиндра 1. Герметизация двигателя осуществляется уплотнительными элементами 26, а камеры сгорания - поршневыми кольцами 27.
Двигатель работает следующим образом.
В процессе сгорания горючей смеси и расширения газы принуждают поршень 8 к поступательному движению, которое воспринимается передаточным механизмом, включающим паз 14, выполненный на наружной поверхности толкателя 9. Паз 14, находясь в сочленении с роликовыми опорами 15, установленными на подшипниках 16, смонтированными в цилиндре 2, вынуждают поршень 8 совершать одновременно возвратно-поступательное движение поршневой головки 11 и вращение толкателя 9. Вращательное движение толкателя 9 передается на выходной вал 12 при помощи шариковых опор 13. Данный выходной вал в продольном направлении остается неподвижным и совершает вращательное движение, а поршень имеет возможность движения вдоль этого вала, причем поршневая головка не вращается, что снижает силы трения при перемещении поршня.
Газораспределение в двигателе происходит по двухтактной схеме.
1. Такт сжатия.
Поршень перемещается от НМТ (фиг.2) к ВМТ (фиг.3), перекрывая сначала продувочные окна 4, а затем выпускное окно 5. После закрытия поршнем 8 выпускного окна начинается сжатие ранее поступившей в камеру сгорания 24 горючей смеси. Одновременно в подпоршневой камере 23 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускной коллектор 20 и открывающийся клапан 22 поступает горючая смесь в подпоршневую камеру.
2. Такт рабочего хода.
При положении поршня около ВМТ сжатая горючая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи зажигания 25, установленной в головке цилиндра 1, в результате теплового расширения (взрыва) горючей смеси поршень перемещается к НМТ, при этом поршень создает высокое давление в подпоршневой камере, сжимая горючую смесь. Под действием давления клапан 22 закрывается, не давая, таким образом, горючей смеси снова попасть во впускной коллектор через впускное окно 6 и затем в карбюратор. Когда поршень дойдет до выпускного окна 5, оно откроется и начнется выпуск отработанных газов через выпускной коллектор 21 в атмосферу, давление в камере сгорания понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочные окна 4, и, сжатая в подпоршневой камере 23, горючая смесь поступает по каналам 7 в камеру сгорания, заполняя ее и осуществляя продувку от остатков отработанных газов.
Далее цикл повторяется.
Предлагаемый двигатель может использоваться в качестве привода машин и механизмов наземного, водного и воздушного транспорта (генераторы, насосы, компрессоры и другие мобильные агрегаты).