Двигатель с камерой переменного объема

Номер патента: 17522

Опубликовано: 30.01.2013

Автор: Даук Антар

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Двигатель (1), содержащий

цилиндр (2), ограничивающий объем камеры (3), объем которой изменяется между минимальной величиной и максимальной величиной;

первый поршень (4), также ограничивающий объем камеры (3), причем первый поршень (4) и цилиндр (2) выполнены с возможностью осуществления первого относительного возвратно-поступательного движения под действием изменения объема камеры (3);

вращающийся выходной вал (8),

причем двигатель (1) дополнительно содержит

второй поршень (14), также ограничивающий объем камеры (3), причем второй поршень (14) и цилиндр (2) выполнены с возможностью осуществления второго относительного возвратно-поступательного движения, вызванного изменением объема камеры (3), а выходной вал (8) установлен коаксиально первому и второму поршням (4, 14);

первое средство преобразования первого относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала (8), содержащее первую направляющую дорожку (9), по существу, волнистую и связанную с одним из элементов группы: цилиндр (2), первый поршень (4), вращающийся выходной вал (8), и первый направляющий элемент (10), который выполнен с возможностью перемещения вдоль первой направляющей дорожки (9) и связан с другим из элементов группы: цилиндр (2), первый поршень (4), вращающийся вал (8);

первый регулировочный орган (5) для регулировки положения первой направляющей дорожки (9) и/или первого направляющего элемента (10) относительно компонента (компонентов), таких как цилиндр (2), первый поршень (4), вращающийся выходной вал (8), с которым (которыми) они связаны, с целью регулирования минимальной и/или максимальной величины объема камеры (3).

2. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что первая направляющая дорожка (9) связана с выходным валом (8), а первый направляющий элемент (10) связан с первым поршнем (4).

3. Двигатель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что первая направляющая дорожка (9) содержит первую канавку, а первый направляющий элемент содержит первый палец, который входит в эту первую канавку.

4. Двигатель (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый регулировочный орган (5) содержит первую регулировочную деталь (6), установленную с возможностью скольжения на выходном валу (8) вдоль него, причем первая регулировочная деталь (6) несет первую направляющую дорожку (9).

5. Двигатель (1) по п.4, отличающийся тем, что первый регулировочный орган (5) содержит резьбовую обойму (18), прикрепленную к цилиндру (2) и коаксиальную выходному валу (8), и резьбовую трубку (19), прикрепленную своим первым концом к первой регулировочной детали (6), причем резьбовая трубка (19) может завинчиваться в резьбовую обойму (18) и вывинчиваться из нее для изменения положения первой регулировочной детали (6) относительно выходного вала (8), который установлен в фиксированном положении относительно цилиндра (2).

6. Двигатель (1) по п.5, отличающийся тем, что второй конец резьбовой трубки (19) снабжен зубчатым колесом (19В) для приведения во вращение резьбовой трубки (19).

7. Двигатель (1) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что камера (3) образована промежуточным пространством, разделяющим первый и второй поршни (4, 14) в цилиндре (2).

8. Двигатель (1) по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что первое и второе возвратно-поступательные движения противоположны таким образом, что первый и второй поршни (4, 14) приближаются друг к другу и удаляются друг от друга, по существу, одновременно.

9. Двигатель (1) по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что содержит второе средство преобразования указанного второго относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала (8), причем второе средство преобразования содержит вторую направляющую дорожку (15), по существу, волнистую и связанную с одним из трех следующих компонентов: цилиндром (2), выходным валом (8) и вторым поршнем (14), и второй направляющий элемент (16), который выполнен с возможностью перемещения вдоль второй направляющей дорожки (15) и связан с другим из этих трех компонентов (2, 8, 14), при этом двигатель (1) дополнительно содержит второй регулировочный орган (50) для регулировки положения второй направляющей дорожки (15) и/или второго направляющего элемента (16) относительно компонента (компонентов) (2, 8, 14), с которым (которыми) они связаны, с целью регулирования минимальной и/или максимальной величины объема камеры (3).

10. Двигатель (1) по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он представляет собой двигатель внутреннего сгорания, а камера (3) выполнена с возможностью приема рабочей текучей среды, предназначенной для сгорания внутри камеры (3).

11. Транспортное средство, оснащенное двигателем (1) по любому из предыдущих пунктов.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

Изобретение относится к двигателю, содержащему цилиндр (2), который участвует в ограничении камеры (3); первый поршень (4), причем первый поршень (4) и цилиндр (2) выполнены с возможностью осуществления первого относительного возвратно-поступательного движения; вращающийся выходной вал (8), второй поршень (14), причем второй поршень (14) и цилиндр (2) выполнены с возможностью осуществления второго относительного возвратно-поступательного движения, а выходной вал (8) установлен коаксиально поршням (4, 14), первое средство преобразования первого относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала (8), содержащее, с одной стороны, волнистую первую направляющую дорожку (9) и, с другой стороны, первый направляющий элемент (10), который выполнен с возможностью перемещения вдоль первой направляющей дорожки (9); первый регулировочный орган (5) для регулировки положения первой направляющей дорожки (9). 017522 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к общей технической области двигателей и, в частности, к двигателям, работа которых основана на изменении объема камеры (например, посредством сжатия и расширения рабочей текучей среды внутри камеры), причем такие двигатели обеспечивают подачу механической энергии, которая может использоваться, например, для передвижения транспортных средств (таких как автомобили, мотоциклы, летательные аппараты или суда), для привода машин (промышленных или сельскохозяйственных) или для подачи механической энергии в устройства преобразования энергии типа электрогенераторов. Более точно изобретение относится к двигателю, содержащему по меньшей мере три основных компонента: цилиндр, который участвует в ограничении камеры, объем которой изменяется между минимальной величиной и максимальной величиной; первый поршень, также участвующий в ограничении камеры, причем первый поршень и цилиндр выполнены с возможностью осуществления первого относительного возвратно-поступательного движения под действием изменения объема камеры; и вращающийся выходной вал. Предшествующий уровень техники Двигатели с камерой, изменение объема которой используется для подачи механической энергии к приемной системе (автомобилю, станку или другой машине), известны с давних пор и широко распространены, поскольку на основе этого принципа работают двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены автомобили. Конструкция этих известных двигателей внутреннего сгорания обычно основана на использовании цилиндра, который закрыт в своей верхней части головкой цилиндра. Цилиндр и головка образуют камеру сгорания, объем которой определяется ходом поршня, совершающего в цилиндре возвратнопоступательное скольжение под действием изменения давления в результате циклов сгорания в камере сгорания. Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна для преобразования прямолинейного движения поршня во вращение коленчатого вала. Эта известная конструкция двигателя в целом удовлетворительна, однако имеет некоторые серьезные недостатки. В частности, в этих известных двигателях используется относительно тяжелая и сложная механическая и кинематическая трансмиссия для передачи усилия между поршнями и выходным валом. Очевидно, что она представляет собой потенциальный источник неполадок и энергетических потерь и не способствует повышению надежности и снижению затрат. Кроме того, в этих известных двигателях используется большое число движущихся компонентов, что создает значительную движущуюся массу, которая усугубляет проблемы эффективности и надежности. Далее, известные двигатели относительно тяжелы и громоздки, что создает проблемы при их установке в автомобиле типа легкового автомобиля, в особенности в отношении правильного расположения центра тяжести двигателя в автомобиле. И, наконец, КПД этих известных двигателей не является оптимальным в различных режимах использования двигателей, что приводит к излишнему расходу топлива. Для решения последней проблемы было предложено изменять объем камеры сгорания в функции уровня нагрузки на двигатель. Двигатели внутреннего сгорания, модифицированные таким образом, чтобы обеспечивать возможность динамичного регулирования объема камеры сгорания, обычно называют "двигателями с переменной степенью сжатия" или двигателями VCR (VCR - Variable Compression Ratio - переменная степень сжатия) в тех случаях, когда степень сжатия топливовоздушной смеси в камере сгорания изменяется при изменении объема камеры. По сравнению с классическими двигателями внутреннего сгорания эти двигатели с переменной степенью сжатия обеспечивают возможность оптимизации КПД за счет устранения(или, по меньшей мере, снижения до минимума) нежелательных явлений, таких как детонация или стук. Однако известные двигатели с переменной степенью сжатия также обладают указанными выше недостатками классических двигателей внутреннего сгорания. Эти недостатки даже усугубляются, поскольку в этих двигателях выполнение камеры с переменной степенью сжатия достигается путем использования сложных механических систем управления ходом поршней, что не только утяжеляет двигатель и снижает его надежность, но также может вызывать нежелательные вибрационные и акустические явления. Кроме того, промышленное производство известных двигателей с переменной степенью сжатия является тонким и сложным процессом, что значительно повышает себестоимость двигателя. Сущность изобретения Задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных решений уровня техники и создание нового двигателя с оптимизированным КПД, имеющего особенно простую, легкую и надежную конструкцию. Другой задачей изобретения является создание нового двигателя особенно компактной и прочной конструкции. Другой задачей изобретения является создание нового двигателя, особенно простого по принципиальной схеме и легкого в изготовлении. Другой задачей изобретения является создание нового двигателя, экономичного в изготовлении. Другой задачей изобретения является создание нового двигателя, работа которого основана на простых и проверенных механических принципах.-1 017522 Другой задачей изобретения является создание нового двигателя, конструкция которого особенным образом ограничивает возникновение нежелательных вибрационных и акустических явлений. Другой задачей изобретения является создание нового двигателя, в котором используется минимальная движущая масса и обеспечивается возможность выполнения значительных проходных сечений впуска и/или выхлопа. Другой задачей изобретения является создание нового двигателя с использованием минимального числа различных деталей. В соответствии с изобретением решение поставленных задач достигается в двигателе, содержащем по меньшей мере три следующих основных компонента: цилиндр, который участвует в ограничении камеры, объем которой изменяется между минимальной величиной и максимальной величиной; первый поршень, также участвующий в ограничении камеры, причем первый поршень и цилиндр выполнены с возможностью осуществления первого относительного возвратно-поступательного движения под действием изменения объема камеры; вращающийся выходной вал, причем двигатель дополнительно содержит второй поршень, который также участвует в ограничении камеры, причем второй поршень и цилиндр выполнены с возможностью осуществления второго относительного возвратно-поступательного движения под действием изменения объема камеры, а выходной вал установлен коаксиально первому и второму поршням; первое средство преобразования первого относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала, содержащее, с одной стороны, первую направляющую дорожку, по существу волнистую и связанную с одним из трех компонентов, и с другой стороны, первый направляющий элемент, который выполнен с возможностью перемещения вдоль первой направляющей дорожки и связан с другим из этих трех компонентов; первый регулировочный орган для регулировки положения первой направляющей дорожки и/или первого направляющего элемента относительно компонента (компонентов), с которым (которыми) они жестко связаны, для регулирования минимальной и/или максимальной величины объема камеры. Другие задачи и преимущества изобретения будут ясны из последующего подробного описания не являющихся ограничительными примеров осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Перечень чертежей и иных материалов На чертежах: фиг. 1 изображает на виде сбоку с частичным разрезом принципиальную схему двигателя по изобретению; фиг. 2 изображает на виде сбоку с частичным разрезом двигатель внутреннего сгорания по изобретению в соответствии с принципиальной схемой по фиг. 1; фиг. 3 изображает в перспективе двигатель по фиг. 2 без цилиндра; фиг. 4 изображает в перспективе деталь конструкции двигателя по фиг. 2 и 3. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Изобретение относится к двигателю, то есть к устройству, способному совершать механическую работу, которая может использоваться, в частности, для передвижения транспортного средства, такого как автомобиль, мотоцикл, летательный аппарат или судно, или для привода машины (станка, строительной машины, сельскохозяйственной машины, насоса, компрессора) или устройства преобразования энергии, такого как генератор. Двигатель 1 по изобретению является двигателем внутреннего сгорания, то есть двигателем, способным создавать механическую энергию в результате сгорания в нем рабочей текучей среды, содержащей топливо, например топливо на основе углеводорода, такое как бензин. Однако изобретение не ограничено двигателями внутреннего сгорания и может относиться к двигателю, работа которого не основана на сгорании топлива, например к двигателям, работающим на сжатом воздухе. Двигатель 1 по изобретению содержит по меньшей мере три следующих основных компонента: цилиндр 2, первый поршень 4 и вращающийся выходной вал 8. Цилиндр 2 участвует в ограничении камеры 3, объем которой изменяется между минимальной величиной и максимальной величиной. Известным и оптимальным образом объем камеры 3 изменяется циклически в ходе функционирования двигателя 1 таким образом, что объем камеры 3 попеременно и непрерывно переходит от минимальной величины к максимальной и обратно. В том случае, когда двигатель 1 является двигателем внутреннего сгорания, как это показано на чертежах, камера 3 образует камеру сгорания, выполненную с возможностью приема рабочей текучей среды, предназначенной для сгорания в ее внутренней полости. Таким образом, рабочая текучая среда является горючей текучей средой и предпочтительно образована газом, состоящим из смеси воздуха и распыленного топлива. Этот газ предназначен для быстрого сгорания, точнее взрыва (и еще точнее воспламенения) внутри камеры 3. Топливо может представлять собой, например, производное нефти, однако изобретение никоим образом не ограничено конкретным видом рабочей текучей среды. Таким образом, как это хорошо известно само по себе, в показанном на чертежах примере осуществления изменение объема камеры 3 создается изменением объема рабочей текучей среды, находящейся внутри камеры 3,под действием явления сгорания (которое вызывает расширение рабочей текучей среды).-2 017522 Как показано на чертежах, цилиндр 2 может быть выполнен в виде полой трубы, предпочтительно прямой с осью Х-Х' продольной протяженности (далее продольная ось). Как показано на чертежах, предпочтительно цилиндр 2 имеет, по существу, круглое поперечное сечение. Однако в рамках изобретения вполне возможно отличное от круглого поперечное сечение цилиндра 2, например многоугольное. В показанном на чертежах примере выполнения внутренняя стенка 20 цилиндра 2 участвует в ограничении камеры 3. В том случае, когда двигатель 1 является двигателем внутреннего сгорания (как это показано на чертежах) и камера 3 образует камеру сгорания, цилиндр 2 предпочтительно изготовлен из материала,имеющего высокую тепловую и механическую прочность, например, такого как металлический материал типа чугуна или алюминиевого сплава, чтобы выдерживать тепловые и механические напряжения вследствие сгорания топлива в камере 3. Первый поршень 4 также участвует в ограничении объема камеры 3, при этом первый поршень 4 и цилиндр 2 выполнены с возможностью осуществления первого относительного возвратнопоступательного движения под действием изменения объема камеры 3. Другими словами, изобретением предусмотрены одна или другая из следующих конструктивных конфигураций: конфигурация А: цилиндр 2 зафиксирован (неподвижен), в то время как первый поршень 4 установлен подвижно относительно цилиндра 2 для возвратно-поступательного (попеременного) движения относительно цилиндра 2; конфигурация В: первый поршень 4 зафиксирован (неподвижен), в то время как цилиндр 2 установлен подвижно относительно первого поршня 4 для возвратно-поступательного (попеременного) движения относительно первого поршня 4. В показанном на чертежах предпочтительном примере осуществления, который соответствует конфигурации А, первый поршень 4 выполнен с возможностью скольжения в цилиндре 2 путем возвратнопоступательного движения под действием изменения объема камеры 3. Таким образом, первый поршень 4 помещен внутри цилиндра 2 и герметично примыкает к внутренней стенке 20 цилиндра 2 с возможностью скольжения в цилиндре 2 вдоль оси Х-Х', оставаясь в постоянном плотном контакте с внутренней стенкой 20 цилиндра 2. Конфигурация А особенно предпочтительна, поскольку она обеспечивает возможность легкой установки двигателя 1 и показала себя более надежной и легкой в изготовлении, чем конфигурация В. Плотный контакт между первым поршнем 4 и внутренней стенкой 20 цилиндра 2 может обеспечиваться любыми средствами, известными специалисту в данной области, путем использования известных и проверенных технических решений уровня техники. Первый поршень 4 снабжен головкой 4 А, которая участвует в ограничении камеры 3. Предпочтительно головка 4 А имеет поперечное сечение, ответное внутреннему поперечному сечению цилиндра 2. Предпочтительно это поперечное сечение является круглым, как показано в примерах выполнения по чертежам. Далее, первый поршень 4 содержит юбку 4 В, которая отходит от периферии головки 4 А. Первый поршень 4 имеет ось Y-Y' продольной протяженности (далее продольная ось), которая соответствует оси симметрии поперечного сечения головки 4 А поршня. Предпочтительно продольная ось Y-Y' первого поршня 4 совпадает с продольной осью Х-Х' цилиндра 2, когда поршень 4 помещен в рабочем положении внутри цилиндра 2, как показано на фиг. 2. Согласно показанному на чертежах предпочтительному примеру выполнения, соответствующему модификации А 1 конфигурации А, первый поршень 4 выполнен с возможностью скольжения в цилиндре 2 при строго поступательном осевом движении. Это означает, что первый поршень 4 направляется относительно цилиндра 2 исключительно для поступательного продольного движения параллельно оси Х-Х' без поворота первого поршня 4 вокруг себя. Другими словами, в данном случае первый поршень 4 механически связан с цилиндром 2 скользящей связью. Такое осевое направление первого поршня 4 для строго поступательного движения в цилиндре 2 позволяет уменьшить не только проблемы вибрации и преждевременного износа поршня от контакта с рубашкой цилиндра, как это имеет место в двигателях уровня техники, но также проблемы потерь усилия, имеющиеся в известных двигателях. Эти проблемы возникают, по существу, из-за того, что в известных решениях поршни направляются в цилиндре не непосредственно, а косвенным образом, с помощью штока, который в процессе движения поршня под нагрузкой перемещается со смещением от оси. Само собой разумеется, что специалисту в данной области известно множество технических возможностей для осуществления такой связи скольжения между поршнем 4 и цилиндром 2. В показанном на чертежах примере выполнения эта связь скольжения, которая позволяет поршню 4 скользить в цилиндре 2, по существу, при строго поступательном прямолинейном движении реализована посредством взаимодействия по меньшей мере одного ползуна 4 С, установленного на первом поршне 4,и соответствующей направляющей 2 А, которая организована в цилиндре 2 и проходит, по существу, параллельно продольной оси Х-Х' цилиндра 2. Предпочтительно для того, чтобы обеспечить уравновешенное направление первого поршня 4 относительно цилиндра 2, первый поршень 4 снабжен двумя ползунами, расположенными диаметрально противоположно на поршне по отношению к его Y-Y' симметрии. Для улучшения контакта скольжения/направления в целях снижения трения, которое ухудшает КПД двигателя, каждый ползун предпочтительно содержит ролик 40 С, установленный с возможностью вращения на оси 400 С, которая установлена в поперечном сквозном отверстии 40 В в юбке 4 В таким образом, что ось 400 С проходит, по существу, радиально относительно продольной оси Y-Y' первого-3 017522 поршня 4. Каждый ролик 40 С предназначен для качения в соответствующей направляющей 2 А, которая,как это показано на чертежах, представляет собой прямолинейную канавку, выполненную во внутренней стенке 20 цилиндра 2 напротив соответствующего ролика. Однако изобретение не ограничивается абсолютным образом установкой первого поршня 4 со скользящей связью с цилиндром 2. Так, например, в рамках изобретения вполне возможно, что первый поршень 4 в процессе своего возвратно-поступательного движения поворачивается вокруг своей оси YY' таким образом, что движение первого поршня 4 в цилиндре 2 не является чистым осевым поступательным движением, а является поступательным спиральным движением (модификация А 2 конфигурации А). В конфигурации В также может быть предусмотрено прямолинейное возвратно-поступательное движение (модификация В 1) или возвратно-поступательное движение с поворотом первого поршня 4(модификация В 2). Различные описанные конфигурации сведены в следующей табл. 1. Таблица 1 Предпочтительно вращающийся выходной вал 8 выполнен прямолинейным и проходит по продольной оси Z-Z', при этом он выполнен с возможностью вращения вокруг этой оси. Выходной вал 8 установлен оптимальным образом коаксиально первому поршню 4 таким образом,что оси Х-Х', Y-Y' и Z-Z' совпадают. Как это показано на чертежах, предпочтительно выходной вал 8 проходит через первый поршень 4, то есть первый поршень 4 установлен на выходном валу 8. Для этого первый поршень 4 снабжен отверстием, через которое проходит выходной вал 8, причем предпочтительно сопряжение между первым поршнем 4 и выходным валом 8 уплотнено. Согласно изобретению двигатель 1 содержит первое средство преобразования указанного первого относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала 8,предпочтительно в непрерывное вращательное движение выходного вала 8 в одном направлении. Первое средство преобразования содержит, с одной стороны, первую, по существу волнистую, направляющую дорожку 9, жестко связанную с одним из трех компонентов (цилиндром 2, первым поршнем 4 или выходным валом 8), и с другой стороны, первый направляющий элемент 10, который выполнен с возможностью перемещения вдоль первой направляющей дорожки 9 и жестко связан с другим из трех компонентов. Таким образом, изобретением предусмотрено несколько конструктивных вариантов,из которых основные варианты представлены в табл. 2. Таблица 2 Предпочтительно взаимодействие между первой направляющей дорожкой 9 и первым направляющим элементом 10 является обратимым; то есть оно позволяет не только преобразовывать относительное возвратно-поступательное движение первого поршня 4/цилиндра 2 во вращательное движение выходного вала 8, но также преобразовывать вращательное движение выходного вала 8 в относительное возвратно-поступательное движение первого поршня 4/цилиндра 2. Показанный на чертежах пример осуществления соответствует варианту А 11 по табл. 2. В этом варианте выходной вал 8 установлен с возможностью регулировки в центральном сквозном отверстии в-4 017522 первом поршне 4 таким образом, что позволяет перовому поршню 4 скользить по длине выходного вала 8, предотвращая сообщение внутренней полости камеры 3 с внешним окружением через сопряжение между выходным валом 8 и первым поршнем 4. Первая направляющая дорожка 9 жестко связана с выходным валом, в то время как первый направляющий элемент 10 жестко связан с первым поршнем 4. В показанном на чертежах варианте А 11 двигатель 1 по изобретению работает в соответствии со следующим основным принципом: изменения давления в камере 3, получаемые за счет циклов воспламенения взрывчатой смеси (типа смеси воздуха с распыленным топливом) вызывает попеременное прямолинейное движение первого поршня 4, который движется строго поступательно, первый поршень 4 в свою очередь приводит во вращение выходной вал 8, который является приводным валом, предназначенным для соединения с подлежащим приводу объектом, например с колесами автомобиля. Такая принципиальная конструкция устраняет направление усилия через различные рабочие оси,как это имело место в решениях уровня техники, и в противоположность этому обеспечивает возможность прямой передачи действия первого поршня 4 на выходной вал 8. Другими словами, первый поршень 4 приводит выходной вал 8 во вращение непосредственно, что придает двигателю 1 особую компактность, так что он может быть легко встроен в шасси автомобиля. Такая принципиальная конструкция также способствует улучшению расположения центра тяжести благодаря, по существу, продольной форме двигателя 1, что благоприятствует расположению двигателя 1 на оси симметрии транспортного средства. Благодаря непосредственному и коаксиальному приводу выходного вала 8 посредством первого поршня 4 торсионные усилия, которым подвергается выходной вал 8, снижены до минимума по сравнению с торсионными усилиями, передаваемыми шатунами на коленчатые валы в двигателях уровня техники. Оптимальным образом первая направляющая дорожка 9 имеет, по существу, синусоидальную форму. Точнее, в примере выполнения по чертежам первая направляющая дорожка 9 проходит по кольцевому профилю вокруг продольной оси Z-Z' выходного вала 8. Предпочтительно первая направляющая дорожка 9 содержит первую канавку, а первый направляющий элемент 10 содержит первый палец, который выступает от первого поршня 4 и входит в эту первую канавку. Предпочтительно первый направляющий элемент 10 содержит два пальца, расположенных диаметрально противоположно относительно оси Y-Y' и входящих в одну и ту же первую канавку. Для улучшения контакта между первым направляющим элементом 10 и первой канавкой первый палец предпочтительно содержит ролик 10 А, установленный с возможностью вращения на оси, которая установлена в сквозном отверстии в юбке 4 В, так что эта ось проходит, по существу, радиально относительно продольной оси Y-Y' поршня 4. Предпочтительно данная ось соответствует оси 400 С, на которой установлен ролик 40 С. В этом особенно простом и надежном примере осуществления ролик 10 А установлен на оси 400 С внутри юбки 4 В для взаимодействия с соответствующей синусоидальной канавкой, а ролик 40 С установлен на той же оси 400 С снаружи юбки 4 В для взаимодействия с соответствующей прямолинейной канавкой 2 А. Согласно изобретению двигатель 1 содержит также первый регулировочный орган 5 для регулировки положения первой направляющей дорожки 9 и/или первого направляющего элемента 10 относительно компонента или компонентов, с которыми они жестко связаны, для регулировки минимальной и/или максимальной величины объема камеры 3. Таким образом, изобретением предусмотрены альтернативные подварианты, которые представлены в табл. 3. Таким образом, изобретение основано на идее регулировки положения направляющей дорожки 9 и/или направляющего элемента 10 для регулирования объема камеры 3, что позволяет регулировать сте-9 017522 пень сжатия. За счет этого изобретение позволяет получить двигатель 1 с регулируемой степенью сжатия, имеющий особенно простую, компактную и надежную конструкцию. В частности, непосредственное воздействие на положение направляющей дорожки 9 и/или направляющего элемента 10 показало себя особенно простой и эффективной технической мерой для точного регулирования степени сжатия,включая регулирование в процессе работы двигателя 1. Показанный на чертежах пример осуществления соответствует подварианту А 111 по табл. 3. Согласно этому подварианту первый регулировочный орган 5 выполнен с возможностью регулировки положения первой направляющей дорожки 9 относительно выходного вала 8. Это означает, что первая направляющая дорожка 9 подвижна относительно выходного вала 8 и остается связанной с ним для передачи движения (преобразованного) первому поршню 4. Согласно этому подварианту А 111 направляющий элемент 10 зафиксирован по своему положению относительно несущего его компонента, а именно первого поршня 4. Согласно подварианту А 111 регулировочный орган 5, позволяющий регулировать положение первой направляющей дорожки 9 относительно выходного вала 8, позволяет регулировать как минимальную, так и максимальную величину объема камеры 3. В этом подварианте А 111 первый поршень 4 совершает возвратно-поступательное движение с предварительно определенной амплитудой (определяемой формой направляющей дорожки 9) в обе стороны от своего среднего положения. В данном случае регулировочный орган 5 выполнен с возможностью смещать это среднее положение, что приводит к смещению попеременного хода первого поршня 4 и за счет этого к одновременному изменению минимальной и максимальной величины объема камеры 3. Однако изобретение не ограничено таким режимом функционирования. Вполне возможно исполнение, в котором регулировочный орган 5 воздействует только на максимальную или только на минимальную величину объема камеры 3, например, путем перемещения в подходящий момент направляющей дорожки 9 (и/или направляющего элемента 10) для выдерживания постоянной минимальной или максимальной величины объема камеры. В показанном на чертежах примере осуществления (который соответствует подварианту А 111) первый регулировочный орган 5 оптимальным образом содержит первую регулировочную деталь 6 (показана отдельно на фиг. 4), установленную с возможностью скольжения вдоль выходного вала 8 и несущую первую направляющую дорожку 9. Выгодным образом первая регулировочная деталь 6 выполнена в виде втулки 6 А, которая проходит вдоль оси W-W'. Эта втулка 6 А установлена коаксиально на выходном валу 8 таким образом, что оси Х-Х', Y-Y', Z-Z' и W-W', по существу, совпадают. Предпочтительно втулка 6 А направляется на выходном валу 8 для строго поступательного осевого движения, то есть выходной вал 8 и втулка 6 А связаны механической связью скользящего типа. Для этого втулка 6 А, например,снабжена удлиненной прорезью 7, которая предназначена для взаимодействия со штырем 17, непосредственно укрепленным на выходном валу 8 и радиально выступает от него. Штырь 17 входит в удлиненную прорезь 7 таким образом, что взаимодействие между штырем 7 и удлиненной прорезью 17 обеспечивает направление поступательного перемещения втулки 6 А на выходном валу 8. Таким образом, втулка 6 А может скользить на выходном валу 8 и совершать ход, амплитуда которого соответствует длине удлиненной прорези 7. В свою очередь длина удлиненной прорези 7 определяется в соответствии с желаемым диапазоном регулирования минимальной и максимальной величин объема камеры 3. Согласно показанному на чертежах предпочтительному примеру осуществления (подвариант А 111) первый регулировочный орган 5 содержит с одной стороны резьбовую обойму 18 с внутренней резьбой,которая прикреплена к цилиндру 2 и коаксиальна выходному валу 8, и с другой стороны резьбовую трубку 19, которая прикреплена своим первым концом к первой регулировочной детали 6. Эта резьбовая трубка 19 может завинчиваться в резьбовую обойму 18 и вывинчиваться из нее для изменения положения первой регулировочной детали 6 относительно выходного вала 8, который установлен в фиксированном положении относительно цилиндра 2. Точнее, резьбовая трубка 19 установлена коаксиально на выходном валу 8 таким образом, что может свободно поворачиваться относительно него вокруг оси Y-Y'. Для этого трубка 19 предпочтительно снабжена на своем прикрепленном к первой регулировочной детали конце игольчатым упорным подшипником 19 А, который обеспечивает связь между резьбовой трубкой 19 и втулкой 6 А. Для управления завинчиванием трубки 19 в резьбовую обойму 18 и вывинчиванием из нее второй конец резьбовой трубки 19, противоположный прикрепленному к втулке 6 А первому концу, снабжен зубчатым колесом 19 В для привода во вращение резьбовой трубки 19. Зубчатое колесо 19 В выполнено с возможностью привода во вращение посредством механической и/или электрической системы управления (на чертежах не показана). Система управления может содержать, например, электромотор с шестерней, которая зацепляется с зубчатым колесом 19 В. Альтернативно, система управления может отбирать движущую энергию непосредственно от выходного вала 8. В представляющем особый интерес примере осуществления двигатель 1 содержит управляющий модуль для управления системой управления зубчатым колесом 19 В. Предпочтительно этот управляющий модуль выполнен с возможностью автоматического, непрерывного и постоянного регулирования степени сжатия (посредством регулирования минимальной и/или максимальной величины объема камеры 3) в функции нагрузки на двигатель 1 и/или его режима в целях оптимизации крутящего момента, режима и КПД двигателя 1. Для этого управляющий- 10017522 модуль предпочтительно содержит датчики, которые собирают данные о текущем функционировании двигателя 1, и компьютер (микропроцессор), который обрабатывает эти данные для подачи в систему управления команды на привод во вращение зубчатого колеса 19 В в одном или другом направлении для изменения положения направляющей дорожки 9 и тем самым изменения степени сжатия двигателя 1. Компьютер может быть запрограммирован для резкого увеличения степени сжатия в начале ускорения,так что двигатель 1 создает значительный крутящий момент, а затем для снижения степени сжатия для восстановления крутящего момента на режиме высокой скорости. В оптимальном варианте двигатель 1 по изобретению содержит второй поршень 14, который также участвует в ограничении объема камеры 3. Этот второй поршень 14 и цилиндр 2 выполнены с возможностью второго относительного возвратно-поступательного движения под действием изменения объема камеры 3. Таким образом, как показано на чертежах, двигатель 1 предпочтительно содержит цилиндр 2,внутри которого установлены с возможностью осевого скольжения первый поршень 4 и второй поршень 14. В этом показанном на чертежах особенно целесообразном примере осуществления камера 3 предпочтительно образована промежуточным пространством, отделяющим первый и второй поршни 4, 14 в цилиндре 2 (фиг. 1). Другими словами, в этом случае камера 3 соответствует свободному пространству переменного объема, расположенному внутри цилиндра 2 между поршнями 4, 14. Как показано на чертежах, предпочтительно первый и второй поршни 4, 14 установлены в цилиндре 2 напротив друг друга, то есть таким образом, что их соответствующие головки 4 А, 14 А обращены друг к другу. При этом камера 3 занимает пространство, которое ограничено по оси головками 4 А, 14 А первого и второго поршней 4, 14 и радиально внутренней стенкой 20 цилиндра 2 между головками 4 А, 14 А поршней 4, 14. Камера 3 имеет переменный объем, который зависит от относительного положения первого и второго поршней 4, 14. Выгодным образом, как показано на чертежах, первый поршень 4 и второй поршень 14 выполнены с возможностью противоположного возвратно-поступательного движения в цилиндре (который в данном случае неподвижен) таким образом, что эти поршни 4, 14 приближаются друг к другу и удаляются друг от друга, по существу, одновременно (первое и второе возвратно-поступательные движения противоположны). Другими словами, первый поршень 4 и второй поршень 14 перемещаются симметрично относительно средней плоскости камеры 3, перпендикулярной оси Х-Х'. В показанном на чертежах примере осуществления каждый поршень 4, 14 выполнен с возможностью индивидуального перемещения в цилиндре 2, то есть независимо от другого поршня. Предпочтительно второй поршень 14 идентичен первому поршню 4 и установлен в двигателе 1 идентично установке первого поршня 4. Таким образом, в показанном на чертежах оптимальном примере осуществления выходной вал 8 установлен также коаксиально второму поршню 14, при этом выходной вал 8 и второй поршень 14 взаимодействуют для преобразования движения второго поршня 14 во вращательное движение выходного вала 8. Для этого двигатель 1 предпочтительно содержит второе средство преобразования указанного второго относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала 8. Это второе средство преобразования содержит, с одной стороны, вторую, по существу волнистую,направляющую дорожку 15, жестко связанную с одним из следующих трех компонентов: цилиндром 2,выходным валом 8 и вторым поршнем 14, и, с другой стороны, второй направляющий элемент 16, который выполнен с возможностью перемещения вдоль второй направляющей дорожки 15 и жестко связан с другим из трех компонентов. Оптимальным образом двигатель 1 содержит также второй регулировочный орган 50 для регулировки положения второй направляющей дорожки 15 и/или второго направляющего элемента 16 относительно компонента или компонентов, с которыми они жестко связаны, для регулировки минимальной и/или максимальной величины объема камеры 3. В показанном на чертежах особенно выгодном примере выполнения двигатель 1 в целом выполнен симметричным относительно средней плоскости камеры 3, то есть плоскости, которая проходит через центр камеры 3 и перпендикулярна продольной оси Х-Х' цилиндра 2. Это означает, что относительное конструктивное расположение второго поршня 14, второй направляющей дорожки 15, второго направляющего элемента 16 и второго регулировочного органа 50 идентично относительному конструктивному расположению первого поршня 4, первой направляющей дорожки 9, первого направляющего элемента 10 и первого регулировочного органа 5. Особый интерес представляет следующая комбинация: камера 3, ограниченная двумя поршнями 4, 14, предпочтительно работающими противоположно друг другу и совместно для преобразования их противоположного возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное движение выходного вала 8, и первого и предпочтительно второго регулировочных средств 5, 50, позволяющих воздействовать на имеющийся в распоряжении объем камеры 3 и соответственно на степень сжатия. Действительно, наличие двух поршней регулируемого хода обеспечивает возможность тонкого управления степенью сжатия путем раздельного воздействия на поршни 4, 14 для регулирования степени сжатия. Использование двух поршней 4, 14 для определения одной и той же камеры 3 также позволяет за счет симметричного воздействия на поршни 4, 14 получить большую амплитуду изменения степени сжатия без значительного изменения хода поршней, поскольку каждый поршень участвует наполовину в- 11017522 изменении степени сжатия. Изобретение относится также к транспортному средству типа автомобиля, оснащенному двигателем 1 по изобретению. Возможность промышленного применения Изобретение обладает промышленной применимостью при разработке, изготовлении и использовании двигателей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Двигатель (1), содержащий цилиндр (2), ограничивающий объем камеры (3), объем которой изменяется между минимальной величиной и максимальной величиной; первый поршень (4), также ограничивающий объем камеры (3), причем первый поршень (4) и цилиндр (2) выполнены с возможностью осуществления первого относительного возвратнопоступательного движения под действием изменения объема камеры (3); вращающийся выходной вал (8),причем двигатель (1) дополнительно содержит второй поршень (14), также ограничивающий объем камеры (3), причем второй поршень (14) и цилиндр (2) выполнены с возможностью осуществления второго относительного возвратнопоступательного движения, вызванного изменением объема камеры (3), а выходной вал (8) установлен коаксиально первому и второму поршням (4, 14); первое средство преобразования первого относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала (8), содержащее первую направляющую дорожку (9), по существу, волнистую и связанную с одним из элементов группы: цилиндр (2), первый поршень (4), вращающийся выходной вал (8), и первый направляющий элемент (10), который выполнен с возможностью перемещения вдоль первой направляющей дорожки (9) и связан с другим из элементов группы: цилиндр(2), первый поршень (4), вращающийся вал (8); первый регулировочный орган (5) для регулировки положения первой направляющей дорожки (9) и/или первого направляющего элемента (10) относительно компонента (компонентов), таких как цилиндр (2), первый поршень (4), вращающийся выходной вал (8), с которым (которыми) они связаны, с целью регулирования минимальной и/или максимальной величины объема камеры (3). 2. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что первая направляющая дорожка (9) связана с выходным валом (8), а первый направляющий элемент (10) связан с первым поршнем (4). 3. Двигатель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что первая направляющая дорожка (9) содержит первую канавку, а первый направляющий элемент содержит первый палец, который входит в эту первую канавку. 4. Двигатель (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый регулировочный орган (5) содержит первую регулировочную деталь (6), установленную с возможностью скольжения на выходном валу (8) вдоль него, причем первая регулировочная деталь (6) несет первую направляющую дорожку (9). 5. Двигатель (1) по п.4, отличающийся тем, что первый регулировочный орган (5) содержит резьбовую обойму (18), прикрепленную к цилиндру (2) и коаксиальную выходному валу (8), и резьбовую трубку (19), прикрепленную своим первым концом к первой регулировочной детали (6), причем резьбовая трубка (19) может завинчиваться в резьбовую обойму (18) и вывинчиваться из нее для изменения положения первой регулировочной детали (6) относительно выходного вала (8), который установлен в фиксированном положении относительно цилиндра (2). 6. Двигатель (1) по п.5, отличающийся тем, что второй конец резьбовой трубки (19) снабжен зубчатым колесом (19 В) для приведения во вращение резьбовой трубки (19). 7. Двигатель (1) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что камера (3) образована промежуточным пространством, разделяющим первый и второй поршни (4, 14) в цилиндре (2). 8. Двигатель (1) по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что первое и второе возвратнопоступательные движения противоположны таким образом, что первый и второй поршни (4, 14) приближаются друг к другу и удаляются друг от друга, по существу, одновременно. 9. Двигатель (1) по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что содержит второе средство преобразования указанного второго относительного возвратно-поступательного движения во вращательное движение выходного вала (8), причем второе средство преобразования содержит вторую направляющую дорожку (15), по существу, волнистую и связанную с одним из трех следующих компонентов: цилиндром(2), выходным валом (8) и вторым поршнем (14), и второй направляющий элемент (16), который выполнен с возможностью перемещения вдоль второй направляющей дорожки (15) и связан с другим из этих трех компонентов (2, 8, 14), при этом двигатель (1) дополнительно содержит второй регулировочный орган (50) для регулировки положения второй направляющей дорожки (15) и/или второго направляющего элемента (16) относительно компонента (компонентов) (2, 8, 14), с которым (которыми) они связаны, с- 12017522 целью регулирования минимальной и/или максимальной величины объема камеры (3). 10. Двигатель (1) по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он представляет собой двигатель внутреннего сгорания, а камера (3) выполнена с возможностью приема рабочей текучей среды, предназначенной для сгорания внутри камеры (3). 11. Транспортное средство, оснащенное двигателем (1) по любому из предыдущих пунктов.

МПК / Метки

МПК: F01B 3/04, F02B 75/04

Метки: объема, камерой, переменного, двигатель

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/14-17522-dvigatel-s-kamerojj-peremennogo-obema.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Двигатель с камерой переменного объема</a>

Похожие патенты