двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, цилиндры с крышками, мембранные поршни, установленные в цилиндрах, выходной вал с опорами, установленными в корпусе, механизм преобразования движения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, поршень выполнен в виде гофрированной мембраны, герметично заделанной в разъеме между крышкой и корпусом и жестко связанной с головкой штока, диаметр которой меньше диаметра цилиндра, в нижней части корпуса и в донышке цилиндра выполнены направляющие для штока, причем последние снабжены уплотнением выполненным в виде гофрированной манжеты, выходной вал выполнен цилиндрическим, а механизм преобразования движения выполнен в виде ползуна, шарнирно связанного со штоком и кинематически связанного с радиальной кулисой, жестко соединенной с обгонной муфтой, установленной на выходном валу, опоры которого выполнены с возможностью перемещения, причем подмембранные полости цилиндров выполнены сжатым воздухом и связаны между собой.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что мембрана выполнена в виде сильфона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению.

Известны газотурбинные двигатели внутреннего сгорания, (ДВС), содержащие камеру сгорания топливный насос, форсунки, компрессор, турбину с ведомым валом. Валы этих двигателей прямые и просты по конструкции.

Однако, газотурбинные двигатели в общем сложны по конструкции, громоздки и потому имеют лишь узкоспециализированное применение.

Известен ДВС, содержащий цилиндровый корпус с валом, крышками цилиндров, поршнями в цилиндрах и промежуточными звеньями (шатунами), соединяющими поршни с валом.

Цилиндры выполняются с применением сменных гильз или без них и притом с классной обработкой внутренней поверхности по точности размера и чистоте поверхности. Поршень выполняется с классной обработкой отверстия под поршневой палец и снабжается поршневыми кольцами и другими деталями. Коленчатый вал устанавливается в корпусе на концевых подшипниках качения и промежуточных подшипниках скольжения и соединен с поршнями при помощи промежуточных звеньев-шатунов. Рабочее перемещение поршня передается шатуном на коленчатый вал, благодаря чему последний вращается.

За счет рабочего хода одних поршней происходит возврат других посредством коленчатого в исходное положение с сообщением ими необходимого давления предварительного сжатия топливной смеси.

Цилиндровый корпус известного двигателя сложный прежде всего по классу точности исполнения полости цилиндра и чистоте обработки, по конструкции подшипниковых опор со сложной системой смазки и охлаждения подшипников скольжения. Подшипники эти недостаточно долговечны в сравнении с подшипниками качения.

Поршень с классным отверстием под поршневой палец, многочисленными канавками под кольца и отверстиями для протока смазки. Коленчатый вал и шатун с разъемной головкой и подшипниками скольжения сложны по конструкции и недостаточно долговечны.

Поршневые кольца недостаточно надежны в работе - происходит прорыв газов в запоршневое пространство, вследствие чего не менее чем на 7-8%, снижается давление газов в цилиндре. Соответственно снижается мощность двигателя, его КПД и удельная мощность по весу (как и по причине тяжеловесности двигателя).

Прорыв газов в запоршневое пространство ограничивает также ассортимент применяемых топлив, применение более энергоемких топлив, в частности порохов, газы которых могут неблагоприятно реагировать с поршневой парой, смазкой и поверхностями тел запоршневого пространства.

Прорывом же газов нарушается смазка твердых трущихся пар, образованных кольцами с поршнем и стенкой цилиндра, вследствие чего эти детали изнашиваются в процессе работы, что приводит к увеличению прорыва газов в запоршневое пространство и снижению мощности двигателя, его КПД.

Поршневые кольца недостаточно долговечны по износу и недостаточно надежны в работе по случайным поломкам, приводящим к выходу из строя цилиндра и поршня.

Известный двигатель сложен по конструкции и не позволяет регулировать скорость вращения вала и крутящий момент на нем, что вызывает необходимость применять редуктор при агрегатировании двигателя с исполнительным устройством. Редуктор же вызывает усложнение агрегата, снижение КПД агрегата.

По причине наличия множества трущихся пар и прорыва газов в запоршневое пространство известный двигатель вызывает значительные непроизводительные затраты топлива.

Известен мембранный двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя цилиндровый корпус с одной камерой сгорания и мембранным поршнем в ней, прямой вал и передаточный шатунно-кривошипнозубчатый механизм, связывающий мембрану с валом, систему охлаждения мембраны впрыском воды в камеру сгорания. При этом мембрана выполнена составной в виде пакета тонких мембран, снабжена теплозащитной асбестовой мембраной, установленной со стороны камеры сгорания, и телескопической опорой на рычагах, установленной со стороны картера. Мембрана заделана по краям в камере сгорания, телескопическая опора ее соединена пальцем с шатуном передаточного механизма.

Этот одноцилиндровый мембранный ДВС обладает всеми недостатками известных одноцилиндровых ДВС.

Целью изобретения является разработка мембранно-поршневого ДВС более простой, долговечной и надежной конструкции с более высоким КПД и удельной мощностью по весу, позволяющего применить более широкий ассортимент топлив , в том числе более энергоемкие, например, пороховые топлива для повышения мощности двигателя, а также регулировать скорость вращения вала и крутящий момент на нем.

Это достигается выполнением мембранного поршня в виде штока с головкой несколько меньшей диаметра цилиндра и с гофрированной мембраной (или сильфоном типа отбуртованного стакана), герметично заделанной на головке штока и в разъеме корпуса и крышки цилиндра (сильфон применяется в случае длинноходовых цилиндров и может быть заделан буртом не только в указанном разъеме, но и на донышке цилиндра); выполнением цилиндра без классной обработки и снабжением его донышком с центральным отверстием под поршневой шток, который также снабжен герметизирующей гофрированной манжетой, установленной в цилиндре на или вне цилиндра; выполнением ДВС многоцилиндровым; наполнением подмембранных полостей цилиндров сжатым воздухом для возврата поршней в исходное положение после выхлопа газов из надмембранной камеры сгорания и сообщением подмембранных полостей между собой для создания необходимого давления предварительного сжатия топливной смеси в камерах сгорания за счет рабочего хода поршней смежных цилиндров; выполнением вала прямым и установлением на подшипниках качения вместо подшипников скольжения промежуточных опор и при том на недвижной (относительно корпуса) опоре; применением муфты обгона, установленной на валу и сцепленной с поршневым штоком при помощи узла сцепления, в качестве промежуточного звена (шатуна); выполнением узла сцепления в виде радиально-пазовых ушек на обойме муфты обгона и пальца с ползушками на нем, установленного на штоке, благодаря чему перемещением вала на сдвижной опоре относительно корпуса осуществляется плавное регулирование скорости вращения вала и крутящего момента на нем, либо выполнением в виде зубчатого зацепления хвостовика штока со сменным сегментом на обойме муфты обгона - для ступенчатого регулирования, что предпочтительно применить на двигателях с длинноходовыми цилиндрами (с увеличением хода поршня возрастает длина ушка муфты и соответственно возрастают размеры подцилиндровой части корпуса - утяжеляется двигатель).

При необходимости более быстрого охлаждения мембраны, например, в случае применения порохового топлива, последняя выполняется двухслойной с возможностью охлаждения изнутри (водой, воздухом или туманом).

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый ДВС.

Он содержит многоцилиндровый корпус 1 с поршнями, выполненными соединением штоков 2 с гофрированными мембранами 3, закрепленными на корпусе крышками 4 цилиндров, снабженных донышками с отверстием под шток с уплотнительной гофрированной манжетой 5, прямой вал 6 с подшипниками качения и муфтами 7 обгона, установленный на сдвижной опоре 8, узел 9 сцепления, выполненный в виде радиально-пазовых ушек на обойме муфты обгона и пальца с ползушками на штоке; червячно-гайко-винтовой привод 10 сдвижной опоры.

Подмембранные полости цилиндров сообщены между собой и наполнены сжатым воздухом.

Предлагаемый ДВС может быть выполнен с общей внецилиндровой камерой сгорания или взрывной пороховой камерой, снабженными распределителем газов по цилиндрам.

Выход штоков поршней во внецилиндровое пространство позволяет осуществить непосредственно от них управление клапанами, топливной аппаратурой и другими устройствами двигателя и тем самым упростить существующую систему управления, содержащую сложные распределительные валы.

Кроме того, представляется возможность осуществить выхлоп через шток поршня для упрощения конструкции крышки цилиндра. Применение предлагаемого ДВС позволит сэкономить топливо.