ОРБИТАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ORBITAL INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания [F02B 59/00].
Из уровня техники известен орбитальный двигатель Сарича [https://ru.wikipedia.org/wiki/Орбитальный_двигатель], содержащий расположенный на валу ротор с семью лопатками с плечами, межлопастное пространство - поршень, статор с газораспределительным механизмом, состоящий из семи камер сгорания, впускного и выпускного устройств, выполненных в виде клапанов, 7 свечей зажигания, 7 направляющих лопаток в продольном направлении, 7 направляющих лопаток в поперечном направлении, стабилизирующие эксцентрики, систему водяного охлаждения и искрового зажигания, торцевое уплотнение ротора.
Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная тем, что подвижные детали в нагруженном состоянии находятся в движении, что при наличии высокого давления и трения скольжения приводит к быстрому изнашиванию контактируемых деталей.
Также известен двигатель Ванкеля [https://ru.wikipedia.org/wiki/Роторно-поршневой_двигатель], как наиболее перспективный из семейства роторных двигателей в котором ротор выполняет функцию поршня. Ротор, представляющий собой треугольник с дугообразными сторонами, расположен на эксцентрике выходного вала. Все три вершины ротора во время его вращения непрерывно соприкасаются со стенкой рабочей полости корпуса и делят рабочий объем на три изолированные камеры, в которых совершается четырехтактный цикл. За один оборот ротора происходит три вспышки. Выходной эксцентриковый вал вращается в три раза быстрее, чем ротор. Газораспределение и охлаждение осуществляется с помощью каналов в корпусе двигателя.
Недостатком двигателя является низкая надежность, обусловленная тем, что эксцентрично посаженный на выходном валу ротор, создающий инерционные нагрузки на вал, приводит к интенсивному износу зубьев колеса и ротора, т.к., вращаясь относительно своей оси, ротор одновременно обкатывается вокруг неподвижного зубчатого колеса при помощи внутризубчатого венца.
Наиболее близким по технической сущности является 2-тактный орбитальный двигатель Гойтемирова [http://www.youtube.com/watch?v=VPbXycGxjhl], опубл. 05.01.2011, содержащий вал отбора мощности, переднюю и заднюю крышки, состоящий из блока цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом и клапанной группой, при этом к шатуну поршня присоединен ролик, опирающийся на эллиптическую дорожку, блок цилиндров своими цапфами опирается на раму, имеются опорные подшипники, смонтированные на цапфах блока цилиндров.
Недостатком прототипа является низкая мощность и надежность двигателя, обусловленные потерей энергии поступательного движения поршня при прямом «лобовом» ударе поршня через шатун и ролик на эллиптическую дорожку, а также повышением износа деталей кривошипно-шатунного механизма при «лобовом» ударе.
Техническим результатом изобретения является повышение мощности и надежности двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат достигается за счет того, что заявлен орбитальный двигатель, содержащий вал отбора мощности, переднюю и заднюю крышки, состоящий из блока цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом и клапанной группы, при этом к шатуну поршня присоединен ролик, опирающийся на эллиптическую дорожку, блок цилиндров своими цапфами опирается на раму, имеются опорные подшипники, смонтированные на цапфах блока цилиндров, отличающийся тем, что поршни кривошипно-шатунного механизма установлены в цилиндрах параллельно друг другу и смещены относительно оси блока цилиндров, при этом в камере сгорания блока цилиндров выполнены вертикальные отверстия для подачи топливной смеси и установки свечи зажигания, к шатуну поршня также присоединена тяга, на другом конце тяги с помощью кронштейна установлены клапана, при этом шатун подшипниками, установленными на оси ролика, опирается на эллиптический выступ, выполненный внутри крышек.
В частности, блок цилиндров выполнен цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя внутреннего сгорания.
В частности, тяга выполнена с возможностью передачи поступательного движения поршня клапанам.
В частности, эллиптический выступ в передней и задней крышках выполнен с возможностью совершения возвратного движения поршня в цилиндре.
В частности, передняя и задняя крышки соединены между собой с помощью болтового соединения через уплотнительную прокладку.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид блока цилиндров.
На фиг. 2 представлен общий вид кривошипно-шатунного механизма.
На фиг. 3 представлен общий вид кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.
На фиг. 4 представлен общий вид блока цилиндров в сборе.
На фиг. 5 представлен общий вид орбитального двигателя внутреннего сгорания в продольном разрезе.
На фиг. 6 представлен общий вид орбитального двигателя внутреннего сгорания в поперечном разрезе.
На фиг. 7 представлен общий вид передней крышки.
На фиг. 8 представлен общий вид задней крышки.
На фиг. 9 представлен общий вид орбитального двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 10 представлена схема работы орбитального двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 11 представлена схема работы орбитального двигателя внутреннего сгорания и распределение сил.
На чертежах обозначено: 1 - блок цилиндров, 2 - отверстие для цилиндра, 3 и 4 - отверстие для стакана клапана, 5 - свечное отверстие, 6 - отверстие для подачи топливной смеси, 7 и 8 - поршень, 9 и 10 - цапфа блока цилиндров, 11 - палец поршня, 12 и 13 - шатун, 14 - подшипник ролика, 15 и 16 - ось ролика, 18 и 19 - ролик, 20-23 - опорный подшипник шатуна, 24 и 25 - гильза цилиндра, 26 и 27 - тяга, 28 и 29 - кронштейн, 30-33 - стакан клапана, 34 и 35 - опорный подшипник, 36 - передняя крышка, 37 - задняя крышка, 38 - эллиптическая дорожка, 39 - эллиптический выступ, 40 и 41 - сальники, 42 - рама.
Осуществление изобретения
Двигатель внутреннего сгорания состоит из цельнолитого блока цилиндров 1 (см. Фиг. 1), кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.
В верхней и нижней сторонах блока цилиндров 1 параллельно друг другу в обратном порядке выполнены несквозные отверстия 2 для установки гильзы 24 и 25 цилиндров (см. Фиг. 2), при этом отверстия смещены в противоположные стороны относительно центральной оси блока цилиндров 1. В стороне, противоположной отверстиям 2, выполнены отверстия для установки стаканов клапанов 3 и 4. На боковых сторонах блока цилиндров 1 выполнены цапфы 9 и 10, внутри каждой из которых выполнено свечное отверстие 5 и отверстие для подачи топливной смеси 6 в камеру сгорания блока цилиндров 1.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из поршней 7 и 8 (см. Фиг. 6), внутри которых установлены пальцы 11, удерживающие шатуны 12 и 13. С обратной стороны шатунов 12 и 13 на осях 15 и 16 смонтированы подшипники 14, на которых установлены ролики 18 и 19. С внешней стороны осей 15 и 16 шатунов 12 и 13 установлены опорные подшипники 20, 22 и 21, 23 соответственно.
Ролики 18 и 19 выполнены с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршней 7 и 8 во вращательное движение.
Газораспределительный механизм состоит из тяг 26 и 27, одной стороной которые соединены с помощью втулок (не показаны) с шатунами 12 и 13, другой стороной соединены со стаканами клапанов 30, 31 и 32, 33 с помощью кронштейнов 28 и 29 соответственно.
Ролики 18 и 19 опираются на эллиптическую дорожку 38, выполненную в задней крышке 37, а опорные подшипники 20 и 22 шатуна 12 и опорные подшипники 21, 23 шатуна 13 опираются на эллиптический выступ 39, выполненный в передней 36 и задней 37 крышках.
Крышки 36 и 37 опираются на опорные подшипники 34 и 35, установленные на цапфах 9 и 10 блока цилиндров 1, при этом блок цилиндров 1 этими же цапфами 9 и 10 неподвижно опирается на раму 42. Передняя 36 и задняя 37 крышки соединены между собой с помощью болтового соединения через уплотнительную прокладку (не показаны). В центральных отверстиях крышек 36 и 37 вокруг цапф 9 и 10 установлены сальники 40 и 41. Передняя крышка 36 соединена в валом отбора мощности (не показан).
На раме 42 установлен карбюратор и помпа охлаждения двигателя (не показаны).
Изобретение используется следующим образом.
Ось X и ось У (см. Фиг. 10) проходят через центр масс двигателя с эллиптической дорожкой 38. Сила, действующая на двигатель в точке опоры С шатуна 12 на ролик 18 в момент рабочего хода поршня 7 при взрыве топливной смеси в камере сгорания, с учетом того, что центр массы маховика проходит по оси У, заставляя провернуться по ролику 18 против часовой стрелки, так как образуются два плеча ВА и СА относительно точки А, лежащей на оси У, проходящей через центр масс.
Кроме того, в точке опоры С шатуна 12 в момент рабочего хода поршня 7 действует сила F1 (см. Фиг. 11), направленная вверх по оси шатуна 12, и сила реакции опоры F2, направленная к центру по оси, проходящей через центр массы (центра фиксации) и точку опоры С шатуна 12. Вектор результирующей силы F1+F2 направлен против часовой стрелки, что также заставляет совершать вращательное движение против часовой стрелки вокруг центра масс двигателя.
Технический результат - повышение мощности и надежности двигателя - достигается за счет того, что поршни 7 и 8 кривошипно-шатунного механизма установлены в гильзах цилиндров 24 и 25 параллельно друг другу и смещены относительно оси блока цилиндров 1, при этом расстояние между осевой линией Y и осью роликов 18 и 19 шатунов 12 и 13 составляет от 65 до 85 мм, в зависимости от хода поршня 7 и 8, что создает большое плечо (рычаг Архимеда) и, соответственно, больший крутящий момент из-за отсутствия прямого удара поршня 7 и 8 через шатун 12 и 13 на ролик 18 и 19 и потери энергии при прямом ударе.
Технический результат - повышение надежности двигателя - достигается за счет того, что в конструкции двигателя применяется традиционный двигатель внутреннего сгорания, блок цилиндров 1 которого размещен неподвижно внутри двигателя, а крутящий момент создается за счет преобразования энергии от взрыва топливной смеси в возвратно-поступательное движение кривошипно-шатунного механизма, который толкает ролики 18 и 19 по эллиптической дорожке 38.