ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания.
Уровень техники
В области техники известен двигатель внутреннего сгорания, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня для вращательного движения посредством кривошипно-шатунного механизма и выводит его (см., например, публикацию не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2017-207053). В таком двигателе внутреннего сгорания также известно, что задание длины хода поршня больше диаметра расточки цилиндра будет снижать уровень расхода топлива.
Техническая проблема
Однако, например, задание длины хода поршня больше диаметра расточки цилиндра будет увеличивать радиус коленчатого вала, что увеличивает габариты двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, до тех пор, пока используется кривошипно-шатунный механизм, существуют пределы того, насколько компактным может быть двигатель внутреннего сгорания.
Решение проблемы
Согласно настоящему изобретению предоставляется двигатель внутреннего сгорания, содержащий: цилиндр, приспособленный вращаться вокруг оси вращения; камеру сгорания, определенную в цилиндре; и приводную часть, приводная часть содержит: приводные части, состоящие из поршня, размещенного в цилиндре, чтобы иметь возможность скользить в направлении оси вращения и определять камеру сгорания; паз, сформированный в круговой поверхности цилиндра на противоположной стороне камеры сгорания относительно поршня; и кулачок, неподвижно установленный около паза, причем этот кулачок имеет профиль, колеблющийся в направлении оси вращения, в то же время являясь кольцевым в круговом направлении оси вращения; и толкатель, проходящий от поршня через паз к кулачку и сконфигурированный, чтобы двигаться вместе с поршнем вдоль профиля кулачка, при этом паз конфигурируется, чтобы ограничивать относительное перемещение толкателя вместе с поршнем относительно цилиндра в круговом направлении оси вращения, в то же время предоставляя возможность относительного перемещения толкателя вместе с поршнем относительно цилиндра в направлении оси вращения, при этом сжигание, выполняемое в камере сгорания, перемещает поршень вместе с толкателем вдоль профиля кулачка, чтобы, тем самым, вращать цилиндр вокруг оси вращения, и при этом вращение цилиндра выводится в качестве выходной мощности двигателя.
Преимущества изобретения
Двигатель внутреннего сгорания может быть сделан более компактным.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематичный общий вид в перспективе двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 - схематичный разобранный вид двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 - схематичный вид в поперечном разрезе вдоль оси вращения двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 4 - схематичный вид в частичном поперечном разрезе вдоль оси вращения двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 5 - схематичный вид в поперечном разрезе вдоль плоскости симметрии двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6 - схематичный вид в перспективе поршня варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7 - схематичный укрупненный вид кулачка и толкателя варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 8 - график, показывающий поведение поршня варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9(A)-9(C) - схематичные виды двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте впуска, при этом фиг. 9(A) - вид в поперечном разрезе, показывающий позиционное соотношение между соединительными отверстиями и впускным отверстием и т.д., фиг. 9(B) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между кулачками и толкателями, а фиг. 9(C) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между пазами и толкателями.
Фиг. 10(A)-10(C) - схематичные виды двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте сжатия, при этом фиг. 10(A) - вид в поперечном разрезе, показывающий позиционное соотношение между соединительными отверстиями и впускным отверстием и т.д., фиг. 10(B) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между кулачками и толкателями, а фиг. 10(C) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между пазами и толкателями.
Фиг. 11(A)-11(C) - схематичные виды двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению, когда угол поворота цилиндра находится в диапазоне угла зажигания, при этом фиг. 11(A) - вид в поперечном разрезе, показывающий позиционное соотношение между соединительными отверстиями и впускным отверстием и т.д., фиг. 11(B) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между кулачками и толкателями, а фиг. 11(C) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между пазами и толкателями.
Фиг. 12 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению, когда угол поворота цилиндра находится в диапазоне угла зажигания, и вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между выемками поршня, соединительными отверстиями и свечой зажигания.
Фиг. 13(A)-13(C) - схематичные виды двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте расширения, при этом фиг. 13(A) - вид в поперечном разрезе, показывающий позиционное соотношение между соединительными отверстиями и впускным отверстием и т.д., фиг. 13(B) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между кулачками и толкателями, а фиг. 13(C) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между пазами и толкателями.
Фиг. 14(A)-14(C) - схематичные виды двигателя внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте выпуска, при этом фиг. 14(A) - вид в поперечном разрезе, показывающий позиционное соотношение между соединительными отверстиями и впускным отверстием и т.д., фиг. 14(B) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между кулачками и толкателями, а фиг. 14(C) - вид сбоку, показывающий позиционное соотношение между пазами и толкателями.
Фиг. 15 - схематичный вид, показывающий двигатель внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте расширения.
Фиг. 16 - схематичный вид, показывающий двигатель внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте сжатия и такте выпуска.
Фиг. 17 - схематичный вид, показывающий двигатель внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте впуска.
Фиг. 18 - схематичный вид в поперечном разрезе вдоль оси вращения двигателя внутреннего сгорания другого варианта осуществления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 19(A) и 19(B) - схематичные виды, показывающие другой вариант осуществления толкателя, при этом фиг. 19(A) - частичный вид в поперечном разрезе вдоль оси вращения, а фиг. 19(B) - вид в поперечном разрезе вдоль линии B-B, показанной на фиг. 19(A).
Фиг. 20(A) и 20(B) - схематичные виды, показывающие другой вариант осуществления кулачка и толкателя, при этом фиг. 20(A) - вид в частичном поперечном разрезе вдоль оси вращения, а фиг. 20(B) - вид в поперечном разрезе вдоль линии BB-BB, показанной на фиг. 20(A).
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Фиг. 1-7 показывают двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению. Двигатель 1 внутреннего сгорания, в общем, имеет цилиндрическую форму или столбчатую форму, имеющую продольную центральную ось (например, см. фиг. 1, 3 и 4). Эта продольная центральная ось совпадает с осью L вращения, которая будет объяснена позже. Дополнительно, двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению формируется практически симметрично относительно плоскости P симметрии, вертикальной по отношению к оси L вращения (например, см. фиг. 3 и 4).
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению является четырехтактным двигателем. В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению (не показан), двигатель 1 внутреннего сгорания является двухтактным двигателем. С другой стороны, в двигателе 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению, выполняется сгорание с искровым зажиганием. В двигателе внутреннего сгорания другого варианта осуществления согласно настоящему изобретению (не показан) выполняется сгорание с воспламенением от сжатия, или сгорание предварительной смеси с воспламенением от сжатия (HCCI-сгорание (компрессионное воспламенение однородной смеси) или PCCI-сгорание (компрессионное воспламенение предварительно смешанной смеси)). В качестве топлива используется жидкое топливо, такое как бензин, дизельное топливо или спирт, или газообразное топливо, такое как сжиженный нефтяной газ (LPG), сжатый природный газ (CNG) или водород.
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению снабжается одним цилиндром 10, приспособленным вращаться вокруг оси L вращения (например, см. фиг. 2-4). Цилиндр 10, в общем, имеет полую, цилиндрическую форму. Продольные центральные оси внутренней круговой поверхности 11, имеющей цилиндрическую форму, и внешней круговой поверхности 12, имеющей цилиндрическую форму, цилиндра 10 соответственно совпадают с осью L вращения. В варианте осуществления согласно настоящему изобретению цилиндр 10 может вращаться в R-направлении (например, см. фиг. 3 и 4).
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению дополнительно снабжается внешним круговым элементом 20 (например, см. фиг. 2-4). Этот внешний круговой элемент 20, в общем, имеет полую, цилиндрическую форму. Продольная центральная ось внутренней круговой поверхности 21, имеющей цилиндрическую форму, внешнего кругового элемента 20 совпадает с осью L вращения. Вышеупомянутый цилиндр 10 размещается в этом внешнем круговом элементе 20, чтобы иметь возможность вращаться вокруг оси L вращения, следовательно, внешний круговой элемент 20 располагается вокруг цилиндра 10. С другой стороны, внешний круговой элемент 20 варианта осуществления согласно настоящему изобретению является неподвижно установленным. Т.е., внешний круговой элемент 20 устанавливается или монтируется, чтобы не иметь возможности вращаться вокруг оси L вращения и не иметь возможности перемещаться в направлении оси L вращения.
Внешний круговой элемент 20 варианта осуществления согласно настоящему изобретению состоит из множества элементов. В частности, внешний круговой элемент 20 снабжается центральной частью 22, двумя крайними частями 23, 23 и двумя корпусами 24, 24 (например, см. фиг. 2-4). Центральная часть 22 имеет полую, цилиндрическую форму с открытыми противоположными концами в направлении оси L вращения и размещается на плоскости P симметрии. Крайние части 23, 23 соответственно имеют полые, цилиндрические формы с закрытыми внешними концами в направлении оси L вращения и открытыми внутренними концами в направлении оси L вращения и размещаются с промежутками 25 от центральной части 22 в направлении оси L вращения (например, см. фиг. 2 и 4). Промежутки 25 имеют кольцеобразные формы в круговом направлении вокруг оси L вращения. Корпусы 24, 24 имеют полые, цилиндрические формы с открытыми противоположными концами в направлении L оси вращения и прикрепляются к центральной части 22 и соответствующим крайним частям 23, 23, например, болтами 26, 26 (например, см. фиг. 3 и 4). В результате, центральная часть 22 и крайние части 23, 23 соединяются друг с другом посредством корпусов 24, 24, и промежутки 25, 25 отделяются от внешней стороны корпусами 24, 24. В этом случае, внутренняя круговая поверхность 21 внешнего кругового элемента 20 состоит из внутренней круговой поверхности центральной части 22 и внутренних круговых поверхностей крайних частей 23, 23. В другом варианте осуществления (не показан) внешний круговой элемент 20 состоит из цельного элемента.
В варианте осуществления согласно настоящему изобретению цилиндр 10 размещается во внешнем круговом элементе 20, так что внешняя круговая поверхность 12 цилиндра 10 скользит относительно внутренней круговой поверхности центральной части 22 (например, см. фиг. 3 и 4). Дополнительно, выступающие части 13, 13, которые предусматриваются соответственно на двух концах в направлении оси L вращения цилиндра 10, удерживаются, чтобы иметь возможность вращаться вокруг оси L вращения, в соответствующих сквозных отверстиях 27, 27, которые предусматриваются на двух концах в направлении оси L вращения внешнего кругового элемента 20 (например, см. фиг. 2-4). Таким образом, цилиндр 10 удерживается посредством внешнего кругового элемента 20, чтобы иметь возможность вращаться вокруг оси L вращения. Отметим, что, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, внешняя круговая поверхность 12 цилиндра 10 и внутренние круговые поверхности крайних частей 23, 23 отделяются друг от друга. Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, выходной вал (не показан) соединяется с одной выступающей частью 13.
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению дополнительно снабжается одной камерой 30 сгорания, определенной внутри цилиндра 10 (например, см. фиг. 3 и 4). Эта камера 30 сгорания располагается на оси P симметрии.
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению дополнительно снабжается двумя приводными частями 40, 40, размещенными вдоль оси L вращения (например, см. фиг. 1-4).
Приводные части 40, 40 варианта осуществления согласно настоящему изобретению соответственно снабжаются единственными поршнями 50 (например, см. фиг. 2-4). Поршни 50 размещаются в цилиндре 10, чтобы иметь возможность скользить в направлении оси L вращения. В этом случае, поршень 50 приводной части 40 и поршень 50 другой приводной части 40 обращены друг к другу внутрь цилиндра 10. Вышеупомянутая камера 30 сгорания определяется между этими поршнями 50, 50 в цилиндре 10. Отметим, что продольные центральные оси поршней 50 совпадают с осью L вращения.
В варианте осуществления согласно настоящему изобретению углубленные части 52 формируются в верхних поверхностях 51 поршней 50 (например, см. фиг. 6). Углубленные части 52 проходят в диаметральных направлениях поршней 50 и достигают круговых поверхностей поршней 50. В результате, на круговых поверхностях поршней 50, примыкающих к верхним поверхностям 51 поршней 50, формируются две выемки 52a, 52b, разделенные на 180 градусов в круговом направлении вокруг оси L вращения. Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, углубленная часть 52 одного поршня 50 и углубленная часть 52 другого поршня 50 выравниваются друг с другом в круговом направлении относительно оси L вращения. Следовательно, выемки 52a, 52b одного поршня 50 и выемки 52a, 52b другого поршня 50 также выравниваются друг с другом в круговом направлении вокруг оси L вращения.
Дополнительно, приводные части 40, 40 варианта осуществления согласно настоящему изобретению соответственно дополнительно снабжаются множеством пазов 60, которые формируются в круговой поверхности цилиндра 10, разделенных с равными интервалами в круговом направлении вокруг оси L вращения (например, см. фиг. 2-4). В варианте осуществления согласно настоящему изобретению пазы 60 содержат два паза 60a, 60b, отделенные друг от друга на 180 градусов в круговом направлении вокруг оси L вращения. Пазы 60a, 60b соответственно формируются в круговой поверхности цилиндра 10 на противоположных сторонах по отношению к камере 30 сгорания относительно поршней 50 (например, см. фиг. 2-4). Т.е., камера 30 сгорания располагается на внутренней стороне в направлении оси L вращения относительно поршней 50, в то время как пазы 60a, 60b располагаются на внешних сторонах в направлении оси L вращения относительно поршней 50. Отметим, что пазы 60a, 60b выравниваются в направлении оси L вращения.
Пазы 60a, 60b варианта осуществления согласно настоящему изобретению соответственно имеют прямоугольные формы, вытянутые в направлении оси L вращения, и снабжаются двумя зацепляющими поверхностями 61u, 61d, отделенными друг от друга в круговом направлении вокруг оси L вращения и проходящими в направлении оси L вращения (например, см. фиг. 4 и 7). В этом случае, зацепляющие поверхности 61u располагаются на сторонах выше по ходу в направлении R вращения вокруг оси L вращения, в то время как зацепляющие поверхности 61d располагаются на сторонах ниже по ходу.
Приводные части 40, 40 варианта осуществления согласно настоящему изобретению соответственно снабжаются единственными кулачками 70 (например, см. фиг. 3-4). Кулачки 70 неподвижно устанавливаются около пазов 60. Дополнительно, кулачки 70 имеют профили, колеблющиеся в направлении оси L вращения, в то же время являясь кольцеобразными в круговом направлении вокруг оси L вращения. Кроме того, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, профили кулачков 70, 70 соответственно формируются так, что поршни 50, 50 двух приводных частей 40, 40 синхронизируются друг с другом.
В варианте осуществления согласно настоящему изобретению кулачки 70 состоят из криволинейных канавок. В частности, кулачки 70 снабжаются внешними торцевыми поверхностями 22o центральных частей 22 в направлении оси L вращения, внутренними торцевыми поверхностями 23i крайних частей 23 в направлении оси L вращения, и промежутками 25 внешних круговых элементов 20, определенными этими торцевыми поверхностями 22o, 23i (например, см. фиг. 3, 4 и 7). Эти торцевые поверхности 22o, 23i функционируют в качестве рабочих поверхностей кулачков 70. В этом случае, кулачки 70 могут удерживаться посредством внешних круговых элементов 20. Дополнительно, кулачок 70 одной приводной части 40 и кулачок 70 другой приводной части 40 могут удерживаться посредством общего внешнего кругового элемента 20.
Приводные части 40, 40 варианта осуществления согласно настоящему изобретению соответственно снабжаются множеством толкателей 80, которые предусматриваются как одно целое с поршнями 50 и отделены равными интервалами в круговом направлении вокруг оси L вращения (например, см. фиг. 2-4). В толкателях 80 варианта осуществления согласно настоящему изобретению толкатели 80 содержит два толкателя 80a, 80b, отделенные друг от друга на 180 градусов в круговом направлении вокруг оси L вращения. Отметим, что толкатели 80a, 80b выровнены друг с другом в направлении оси L вращения. Толкатели 80a, 80b соответственно проходят от поршней 50 через пазы 60a, 60b к кулачкам 70 и конфигурируются, чтобы перемещаться вдоль профилей кулачков 70 (например, см. фиг. 3 и 4).
В частности, толкатели 80a, 80b варианта осуществления согласно настоящему изобретению соответственно снабжаются ползунками 81, плечами 82 и роликами 83 (например, см. фиг. 3, 4 и 6). Ползунки 81 вставляются в сквозные отверстия 53, сформированные в круговых стенках поршней 50. Дополнительно, ползунки 81 имеют две зацепляющие поверхности 81u, 81d, проходящие в направлении оси L вращения. С другой стороны, плечи 82 проходят сквозь ползунки 81 наружу в радиальном направлении. В варианте осуществления согласно настоящему изобретению плечи 82 толкателей 80a и плечи 82 других толкателей 80b формируются целиком. На концах плеч 82 ролики 83 прикрепляются, чтобы иметь возможность вращаться вокруг продольной центральной оси L1 плеч 82. Толкатели 80a, 80b прикрепляются посредством крепежных втулок 84 к поршням 50.
В собранном состоянии (например, см. фиг. 3, 4 и 7) ролики 83 зацепляются с кулачками 70. Т.е., круговые поверхности роликов 83 упираются в рабочие поверхности 22o, 23i кулачков 70. В результате, толкатели 80a, 80b могут двигаться вместе с поршнями 50 вдоль профилей кулачков 70.
Дополнительно, в собранном состоянии (например, см. фиг. 3, 4 и 7), ползунки 81, 81 размещаются в пазах 60a, 60b. В результате, зацепляющие поверхности 81u ползунков 81 зацепляются с зацепляющими поверхностями 61u пазов 60a, 60b, а зацепляющие поверхности 81d ползунков 81 зацепляются с зацепляющими поверхностями 61d пазов 60a, 60b. По этой причине, ползунки 81 ограничиваются от относительного перемещения относительно цилиндра 10 в круговом направлении вокруг оси L вращения посредством пазов 60a, 60b. Это означает, что вращение толкателей 80a, 80b вокруг оси L вращения вызывает вращение цилиндра 10 вместе с толкателями 80a, 80b вокруг оси L вращения, и что вращение цилиндра 10 вокруг оси L вращения вызывает вращение толкателей 80a, 80b вместе с цилиндром 10 вокруг оси L вращения. С другой стороны, толкателям 81 предоставляется возможность перемещаться относительно цилиндра 10 в направлении оси L вращения. Т.е., пазы 60 варианта осуществления согласно настоящему изобретению конфигурируются, чтобы ограничивать относительное перемещение толкателей 80 вместе с поршнями 50 относительно цилиндра 10 в круговом направлении вокруг оси L вращения, в то же время предоставляя возможность относительного перемещения толкателей 80 вместе с поршнями 50 относительно цилиндра 10 в направлении оси L вращения.
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению дополнительно снабжается множеством соединительных отверстий 90, сформированных в круговой поверхности цилиндра 10, которые должны быть отделены равными интервалами в круговом направлении вокруг оси L вращения и сообщаться с камерой 30 сгорания. В варианте осуществления согласно настоящему изобретению соединительные отверстия 90 содержат два соединительных отверстия 90a, 90b, разделенных на 180 градусов в круговом направлении вокруг оси L вращения (например, см. фиг. 3 и 5). Эти соединительные отверстия 90a, 90b выравниваются друг с другом в направлении оси L вращения и размещаются, например, на плоскости P симметрии (например, см. фиг. 3 и 4).
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению дополнительно снабжается единственным впускным отверстием 90i, сформированным в центральной части 22 внешнего кругового элемента 20 (например, см. фиг. 5). Впускное отверстие 90i выравнивается с соединительными отверстиями 90a, 90b в направлении оси L вращения. Дополнительно, впускное отверстие 90i в варианте осуществления согласно настоящему изобретению формируется во внешнем круговом элементе 20 так, что впускное отверстие 90i сообщается с соединительными отверстиями 90a, 90b, когда угол θ поворота вокруг оси L вращения цилиндра 10 находится в заданном диапазоне IN угла впуска. В варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как объяснено выше, внешняя круговая поверхность 12 цилиндра 10 скользит по внутренней круговой поверхности 21 центральной части 22 внешнего кругового элемента 20. По этой причине, когда соединительные отверстия 90a, 90b обращены к внутренней круговой поверхности 21 внешнего кругового элемента 20, соединительные отверстия 90a, 90b закрываются этой внутренней круговой поверхностью 21, следовательно, камера 30 сгорания изолируется. В противоположность этому, когда цилиндр 10 поворачивается вокруг оси L вращения, чтобы обращать соединительные отверстия 90a, 90b к впускному отверстию 90i, соединительные отверстия 90a, 90b сообщаются с впускным отверстием 90i, следовательно, камера 30 сгорания сообщается с впускным отверстием 90i через соединительные отверстия 90a, 90b. Впускная труба 91i соединяется с этим впускным отверстием 90i (например, см. фиг. 1 и 5). Например, топливный инжектор (не показан) для впрыска топлива внутрь впускной трубы 91i, дроссельная заслонка (не показана) для регулировки объема всасываемого потока через внутренность впускной трубы 91i и т.д., размещаются во впускной трубе 91i.
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению дополнительно снабжается единственным выпускным отверстием 90e, сформированным в центральной части 22 внешнего кругового элемента 20 (например, см. фиг. 5). Выпускное отверстие 90e выравнивается с соединительными отверстиями 90a, 90b в направлении оси L вращения и, следовательно, также выравнивается с впускным отверстием 90i. Дополнительно, выпускное отверстие 90e варианта осуществления согласно настоящему изобретению формируется или позиционируется во внешнем круговом элементе 20 так, что выпускное отверстие 90e сообщается с соединительными отверстиями 90a, 90b, когда угол θ поворота цилиндра 10 находится в заданном диапазоне EX угла выпуска. Когда цилиндр 10 вращается вокруг оси L вращения, чтобы обращать соединительные отверстия 90a, 90b с выпускным отверстием 90e, соединительные отверстия 90a, 90b сообщаются с выпускным отверстием 90e, и, следовательно, камера 30 сгорания сообщается с выпускным отверстием 90e через соединительные отверстия 90a, 90b. Выхлопная труба 91e соединяется с этим выпускным отверстием 90e (например, см. фиг. 1 и 5). Например, каталитический нейтрализатор для очистки отработавшего газа (не показан) и т.д. размещаются в выхлопной трубе 91e.
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению дополнительно снабжается единственным отверстием 90s для размещения свечи зажигания, сформированным во внешнем круговом элементе 20 (например, см. фиг. 5). Отверстие 90s для размещения свечи зажигания выравнивается с соединительными отверстиями 90a, 90b в направлении оси L вращения и, следовательно, также выравнивается с впускным отверстием 90i и выпускным отверстием 90e. Свеча 91s зажигания герметично размещается в отверстии 90s для размещения свечи зажигания. Отверстие 90s для размещения свечи зажигания варианта осуществления согласно настоящему изобретению формируется или позиционируется во внешнем круговом элементе 20, так что свеча 91s зажигания обращается к соединительным отверстиям 90a, 90b, когда угол θ поворота цилиндра 10 находится в заданном диапазоне SP угла зажигания.
Фиг. 8 показывает поведение поршней 50 варианта осуществления согласно настоящему изобретению. На фиг. 8 абсцисса указывает угол θ поворота цилиндра 10, когда ссылается на некоторую верхнюю мертвую точку TDCe, в то время как ордината указывает интервал смещения в направлении оси L вращения верхних поверхностей 51 поршней 50, когда ссылается на плоскость P симметрии. Как объяснено выше, поршни 50 перемещаются вместе с толкателями 80 вдоль профилей кулачков 70. Следовательно, поведение поршней 50, показанное на фиг. 8, показывает профили кулачков 70. Как будет понятно из фиг. 8, поршни 50 выполняют возвратно-поступательное движение в направлении оси L вращения, когда цилиндр 10 вращается вокруг оси L вращения.
Как объяснено выше, двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению является четырехтактным двигателем. В четырехтактном двигателе такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска, которые формируют один цикл сгорания, последовательно и циклически выполняются. В варианте осуществления согласно настоящему изобретению такт впуска соответствует диапазону угла поворота от верхней мертвой точки TDC до нижней мертвой точки BDCc. Такт сжатия соответствует диапазону угла поворота от нижней мертвой точки BDCc до верхней мертвой точки TDCc. Такт расширения соответствует диапазону угла поворота от верхней мертвой точки TDCc до нижней мертвой точки BDCe. Такт выпуска соответствует диапазону угла поворота от нижней мертвой точки BDCe до верхней мертвой точки TDCe. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, верхняя мертвая точка TDCe является верхней мертвой точкой выпуска, нижняя мертвая точка BDCc является нижней мертвой точкой сжатия, верхняя мертвая точка TDCc является верхней мертвой точкой такта сжатия, и нижняя мертвая точка BDCe является нижней мертвой точкой выпуска.
Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, если цилиндр 10 поворачивается на 180 градусов вокруг оси L вращения, выполняется один цикл сгорания. Другими словами, профили кулачков 70 формируются так, что каждый раз, когда цилиндр 10 поворачивается однократно вокруг оси L вращения, выполняются два цикла сгорания. Следовательно, профили кулачков 70, соответствующие углу θ поворота цилиндра 10 от 0 до 180 градусов, и профиль кулачка 70, соответствующий углу θ поворота цилиндра 10, равному 180-360 градусов, являются идентичными друг другу. Другими словами, позиции поршней 50 или толкателей 80a, 80b в направлении оси L вращения при некотором угле θ поворота (0≤θ≤180°) и позиции поршней 50 или толкателей 80a, 80b в направлении оси L вращения при угле θ+180° поворота являются идентичными друг другу. Кроме того, другими словами, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, профили кулачков 70 формируются, чтобы иметь симметрию 180 градусов относительно оси L вращения. Однако, профили кулачков 70 варианта осуществления согласно настоящему изобретению не имеют симметрии 90 градусов относительно оси L вращения.
Кроме того, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, вышеупомянутый диапазон IN угла впуска задается в диапазон от верхней мертвой точки TDCe выпуска до нижней мертвой точки BDCc сжатия, т.е., такт впуска (например, см. фиг. 8). В другом варианте осуществления (не показан), диапазон IN угла впуска начинается от угла θ поворота цилиндра 10, отличного от верхней мертвой точки TDCe выпуска. Дополнительно, в другом варианте осуществления (не показан), диапазон IN угла впуска заканчивается на угле θ поворота цилиндра 10, отличном от нижней мертвой точки BDCc сжатия. Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, диапазон EX угла выпуска задается в диапазон от нижней мертвой точки BDCe выпуска до верхней мертвой точки TDCe выпуска, т.е., такт выпуска (например, см. фиг. 8). В другом варианте осуществления (не показан), диапазон EX угла выпуска начинается от угла θ поворота цилиндра 10, отличного от нижней мертвой точки BDCe выпуска. Дополнительно, в другом варианте осуществления (не показан), диапазон EX угла выпуска заканчивается на угле θ поворота цилиндра 10, отличном от верхней мертвой точки TDCe выпуска.
В варианте осуществления согласно настоящему изобретению, кроме того, диапазон SP угла зажигания задается в диапазон вокруг верхней мертвой точки TDCc сжатия (например, см. фиг. 8). В другом варианте осуществления (не показан), диапазон SP угла зажигания задается в угол θ поворота цилиндра 10, отличный от угла около верхней мертвой точки TDCc сжатия.
Фиг. 9(A), 9(B) и 9(C) схематично показывают двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте впуска. В такте впуска поршни 50, 50 движутся так, чтобы отделяться друг от друга. В результате, объем камеры 30 сгорания увеличивается. В это время, соединительные отверстия 90a сообщаются с впускным отверстием 90i. В результате, всасываемый газ (например, воздушно-топливная смесь) протекает из впускной трубы 91i в камеру 30 сгорания.
Фиг. 10(A), 10(B) и 10(C) схематично показывают двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте сжатия. В такте сжатия поршни 50, 50 движутся так, чтобы приближаться друг к другу. В это время, соединительные отверстия 90a, 90b являются закрытыми, и, следовательно, впускной газ в камере 30 сгорания сжимается.
Фиг. 11(A), 11(B) и 11(C) схематично показывают двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению, когда угол θ поворота цилиндра 10 находится в диапазоне SP угла зажигания или около верхней мертвой точки TDCc сжатия. Около верхней мертвой точки TDCc сжатия, где задан диапазон SP угла зажигания, камера 30 сгорания, главным образом, определяется в углубленных частях 52, 52 обращенных друг к другу поршней 50, 50. С другой стороны, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, поршни 50, 50 соответственно формируются так, что, когда угол θ поворота цилиндра 10 находится в диапазоне SP угла зажигания, выемки 52a, 52b поршней 50 обращены к соединительным отверстиям 90a, 90b. В результате, когда угол θ поворота цилиндра 10 достигает диапазона SP угла зажигания, свеча 91s зажигания обращается в камеру 30 сгорания через соединительные отверстия 90a и выемки 52a или соединительные отверстия 90b и выемки 52b (см. фиг. 11 и 12). В это время, выполняется действие зажигания посредством свечи 91s зажигания. В результате, воздушно-топливная смесь внутри камеры 30 сгорания зажигания и сгорает.
Фиг. 13(A), 13(B) и 13(C) схематично показывают двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте расширения. В такте расширения соединительные отверстия 90a, 90b являются закрытыми. Следовательно, вследствие сгорания, поршни 50, 50 движутся, чтобы отдаляться друг от друга.
Фиг. 14(A), 14(B) и 14(C) схематично показывают двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению в такте выпуска. В такте выпуска поршни 50, 50 движутся так, чтобы приближаться друг к другу. В это время, соединительное отверстие 90b сообщается с выпускным отверстием 90e. В результате, отработавший газ вытекает из камеры 30 сгорания в выхлопную трубу 91e.
В следующем цикле сгорания, в такте впуска, впускное отверстие 90i сообщается с соединительным отверстием 90b. Около верхней мертвой точки TDCc сжатия свеча 91s зажигания обращается в камеру 30 сгорания через соединительное отверстие 90b. В такте выпуска выпускное отверстие 90e сообщается с соединительным отверстием 90a.
Здесь, если ссылаться на число циклов сгорания, выполняемых каждый раз, когда цилиндр 10 поворачивается однократно вокруг оси L вращения как "число циклов сгорания", число циклов сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению задается равным 2 (например, см. фиг. 8). В другом варианте осуществления (не показан), число циклов сгорания задается равным одному или трем или более. Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, единственное впускное отверстие 90i, единственное выпускное отверстие 90e и единственное отверстие 90s для размещения свечи зажигания предусматриваются, и соединительные отверстия того же количества, что и число циклов сгорания, предусматриваются разделенными равными интервалами в круговом направлении вокруг оси L вращения. В другом варианте осуществления (не показан), число впускных отверстий является таким же, что и число циклов сгорания, число выпускных отверстий является таким же, что и число циклов сгорания, и число отверстий для размещения свечи зажигания является таким же, что и число циклов сгорания, и предусматриваются разделенными равными интервалами в круговом направлении вокруг оси L вращения, и предусматривается единственное соединительное отверстие.
внешний в направлении оси L вращения
внутренний в направлении оси L вращения
Далее, обращаясь к фиг. 15-17, двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению будет дополнительно объяснен. Отметим, что фиг. 15-17 показывают приводную часть 40 с правой стороны на фиг. 3 и фиг. 4, например. Дополнительно,  означает направление от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, в то время как  означает направление от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.
В такте расширения, как показано на фиг. 15, сгорание, выполняемое в камере 30 сгорания, вынуждает усилие F11, внешнее в направлении оси L вращения, действовать на поршень 50 и толкатели 80a, 80b, составляющие одно целое с ним. В результате, противодействующее усилие F12 в направлении, вертикальном к рабочей поверхности 23i кулачка, действует на толкатели 80a, 80b посредством зацепления между роликами 83, 83 толкателей 80a, 80b и рабочей поверхностью 23i кулачка 70. В результате, усилие F13 в круговом направлении вокруг оси L вращения действует на цилиндр 10 посредством зацепления между зацепляющими поверхностями 81d, 81d ползунков 81, 81 толкателей 80a, 80b и зацепляющими поверхностями 61d, 61d пазов 60a, 60b цилиндра 10. Следовательно, цилиндр 10 вращается в круговом направлении R вокруг оси L вращения. Т.е., когда сгорание выполняется в камере 30 сгорания, поршень 50 движется вместе с толкателями 80a, 80b вдоль профиля кулачка 70, чтобы, тем самым, поворачивать цилиндр 10 вокруг оси L вращения. Таким образом, движение поршня 50 в направлении оси L вращения преобразуется в поворотное движение вокруг оси L вращения. Это поворотное движение выводится в качестве выходной мощности двигателя с выходного вала (не показан), соединенного с выступающей частью 13 цилиндра 10 (например, см. фиг. 2-4).
С другой стороны, в такте сжатия и такте выпуска, как показано на фиг. 16, вращение цилиндра 10 в круговом направлении R вокруг оси L вращения вынуждает усилие F21 в круговом направлении вокруг оси L вращения действовать на толкатели 80a, 80b посредством зацепления между зацепляющими поверхностями 61u, 61u пазов 60a, 60b цилиндра 10 и зацепляющими поверхностями 81u ползунков 81, 81 толкателей 80a, 80b. В результате, противодействующее усилие F22 в направлении, вертикальном к рабочей поверхности 23i кулачка, действует на толкатели 80a, 80b посредством зацепления между роликами 83, 83 толкателей 80a, 80b и рабочей поверхностью 23i кулачка 70. В результате, усилие F23, внутреннее в направлении оси L вращения, действует на толкатели 80a, 80b и поршень 50. Следовательно, поршень 50 движется внутрь в направлении оси L вращения.
В такте впуска, как показано на фиг. 17, вращение цилиндра 10 в круговом направлении R вокруг оси L вращения вынуждает усилие F31 в круговом направлении вокруг оси L вращения действовать на толкатели 80a, 80b посредством зацепления зацепляющих поверхностей 61u, 61u пазов 60a, 60b цилиндра 10 и зацепляющих поверхностей 81u ползунков 81, 81 толкателей 80a, 80b. В результате, противодействующее усилие F32 в направлении, вертикальном к рабочей поверхности 22o кулачка, действует на толкатели 80a, 80b посредством зацепления между роликами 83, 83 толкателей 80a, 80b и рабочей поверхностью 22o кулачка 70. В результате, усилие F33, внешнее в направлении оси L вращения, действует на толкатели 80a, 80b и поршень 50. Следовательно, поршень 50 движется наружу в направлении оси L вращения.
Таким образом, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, возвратно-поступательное движение поршня 50 преобразуется во вращательное движение без использования многозвенного механизма. Следовательно, двигатель 1 внутреннего сгорания может быть сделан более компактным. Дополнительно, в отличие от традиционного двигателя внутреннего сгорания, использующего многозвенный механизм, осевое усилие не формируется на поршне. Кроме того, сам цилиндр 10 вращается, таким образом, число частей уменьшается.
Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как объяснено выше, предусматриваются две приводные части 40, 40 и, следовательно, два поршня 50, 50. Кроме того, профили кулачков 70, 70 формируются так, что фазы этих поршней 50, 50 синхронизируются друг с другом. В результате, в такте впуска и такте расширения, поршни 50, 50 движутся, чтобы отдаляться друг от друга, в то время как в такте сжатия и такте выпуска поршни 50, 50 движутся так, чтобы приближаться друг к другу. Следовательно, вибрация вследствие возвратно-поступательных движений поршней 50, 50 нейтрализуется.
Обращаясь снова к фиг. 8, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, профили кулачков 70, 70 формируются так, что длина STc хода от нижней мертвой точки BDCc сжатия до верхней мертвой точки TDCc сжатия является более короткой по сравнению с длиной STe хода от верхней мертвой точки TDCc сжатия до нижней мертвой точки BDCe выпуска. В результате, в двигателе 1 внутреннего сгорания, реализуется зеркальный цикл, который имеет степень расширения больше степени сжатия. Следовательно, рабочий КПД двигателя 1 внутреннего сгорания увеличивается больше. В другом варианте осуществления (не показан), профили кулачков 70, 70 формируются так, что длина STc хода от нижней мертвой точки BDCc сжатия до верхней мертвой точки TDCc сжатия и длина STe хода от верхней мертвой точки TDCc сжатия до нижней мертвой точки BDCe выпуска являются равными друг другу. В этом случае, в двигателе 1 внутреннего сгорания, реализуется цикл Отто, который имеет степень расширения и степень сжатия, равные друг другу.
Двигатель 1 внутреннего сгорания варианта осуществления согласно настоящему изобретению снабжается электронным блоком управления (не показан). Этот электронный блок управления состоит из цифрового компьютера, снабженного процессором, памятью, портом ввода и портом вывода, которые являются взаимно соединенными. Например, датчик угла поворота (не показан), обнаруживающий угол поворота цилиндра 10, и датчик нагрузки, обнаруживающий нагрузку двигателя 1 внутреннего сгорания, соединяются с портом ввода, в то время как, например, свеча 91s зажигания, топливный инжектор и дроссельная заслонка соединяются с портом вывода. Программы, сохраненные в памяти электронного блока управления, запускаются посредством процессора электронного блока управления, в результате чего, выполняются различные регулировки.
Фиг. 18 показывает двигатель 1 внутреннего сгорания другого варианта осуществления согласно настоящему изобретению. Двигатель 1 внутреннего сгорания другого варианта осуществления отличается по конфигурации от двигателя 1 внутреннего сгорания вышеупомянутого варианта осуществления в том, что снабжается единственной приводной частью 40. В этом случае, камера 30 сгорания определяется между верхней поверхностью поршня 50 и торцевой поверхностью 14 в направлении оси L вращения цилиндра 10. Остальная часть конфигурации двигателя 1 внутреннего сгорания другого варианта осуществления согласно настоящему изобретению является аналогичной конфигурации двигателя 1 внутреннего сгорания вышеупомянутого варианта осуществления согласно настоящему изобретению, и, следовательно, ее объяснения будут пропущены.
Фиг. 19(A) и 19(B) показывают другой вариант осуществления толкателя 80a. В варианте осуществления, показанном на фиг. 19(A) и 19(B), плечо 82 толкателя 80a снабжается двумя разветвляющимися частями 82a, 82a. Разветвляющиеся части 82a, 82a соответственно удерживают с возможностью вращения ролики 83a, 83a. Один ролик 83a зацепляется с одной рабочей поверхностью 22o кулачка 70, в то время как другой ролик 83a зацепляется с другой рабочей поверхностью 23i кулачка.
Фиг. 20(A) и 20(B) показывают другой вариант осуществления кулачка 70 и толкателя 80a. В варианте осуществления, показанном на фиг. 20(A) и 20(B), также, плечо 82 толкателя 80a снабжается двумя разветвляющимися частями 82a, 82a. Разветвляющиеся части 82a, 82a соответственно удерживают с возможностью вращения ролики 83a, 83a. С другой стороны, кулачок 70 имеет форму выступа, выступающего из внутренней круговой поверхности 21 внешнего кругового элемента 20. Две боковые поверхности этого выступа формируют рабочие поверхности кулачков. Один ролик 83a зацепляется с одной рабочей поверхностью кулачка 70, в то время как другой ролик 83a зацепляется с другой рабочей поверхностью кулачка.
В различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению, описанных выше, топливо впрыскивается из топливного инжектора, присоединенного к впускной трубе 91i, во впускную трубу 91i. В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению (не показано) топливо непосредственно впрыскивается из топливного инжектора, присоединенного к внешнему круговому элементу 20, в камеру 30 сгорания. В этом случае, топливный инжектор размещается в отверстии для размещения топливного инжектора, сформированном во внешнем круговом элементе 20, и размещается на внутренней круговой поверхности 21 внешнего кругового элемента 20 так, чтобы быть обращенной к соединительным отверстиям 90a, 90b, когда угол поворота цилиндра 10 находится в заданном диапазоне угла впрыска.
Дополнительно, в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению, объясненных выше, профиль кулачка 70 формируется, чтобы иметь симметрию 180 градусов, без наличия симметрии 90 градусов, в круговом направлении вокруг оси L вращения. В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению (не показано), профиль кулачка 70 формируется, чтобы иметь симметрию заданного угла в круговом направлении вокруг оси L вращения. В одном примере одним примером заданного угла является 90 градусов. Кроме того, в другом варианте осуществления (не показан), профиль кулачка 70 формируется асимметричным в круговом направлении вокруг оси L вращения.
С другой стороны, в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению, объясненных выше, приводная часть 40 снабжается двумя пазами 60a, 60b. В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению (не показан) приводная часть 40 снабжается одним или тремя или более пазами 60.
Дополнительно, в различных вариантах осуществления согласно настоящему изобретению, объясненных выше, приводная часть 40 снабжается двумя толкателями 80a, 80b. В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению (не показан) приводная часть 40 снабжается одним или тремя или более толкателями 80. Здесь, число толкателей 80 является таким же или меньше числа пазов 60.
Однако, если профиль кулачка 70 имеет симметрию 180 градусов вокруг оси L вращения, вместо симметрии 90 градусов, предусматриваются один или два толкателя 80. Если профиль кулачка 70 имеет симметрию 90 градусов вокруг оси L вращения, предусматриваются один, два или четыре толкателя 80. Следовательно, выражаясь всеобъемлюще, профиль кулачка 70 формируется, чтобы иметь симметрию заданного угла в круговом направлении вокруг оси L вращения, и толкатель 80 состоит из множества толкателей, отделенных друг от друга на равные интервалы в круговом направлении вокруг оси L вращения, и число толкателей определяется согласно заданному углу. Увеличение числа толкателей 80 уменьшает или ограничивает нагрузки, действующие на толкатели 80.
В другом варианте осуществления согласно настоящему изобретению (не показано), ползунок 81 толкателя 80 пропускается. В этом случае, например, плечо 82 зацепляется с зацепляющими поверхностями 61u, 61d паза 60a. В еще одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению (не показано), ролик 83 толкателя 80 пропускается. В этом случае, например, плечо 82 зацепляется с рабочей поверхностью кулачка 70.
Список ссылочных позиций
1 - двигатель внутреннего сгорания
10 - цилиндр
20 - внешний круговой элемент
30 - камера сгорания
40 - приводная часть
50 - поршень
60 - паз
70 - кулачок
80 - толкатель
L - ось вращения.