Двигатель внутреннего сгорания

011059 Изобретения объединены общим изобретательским замыслом и относятся к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания и могут быть использованы в качестве двигателя на автомобилях, тракторах, вертолетах, в бытовой технике и электроэнергетике. Уровень техники Наиболее близко по своим существенным признакам к заявляемым изобретениям находится выбранный в качестве прототипа двигатель внутреннего сгорания по патенту Грузии GE P 3515 В, опубликован 2005-05-10, бюллетень 9. Он состоит из вала, обода с беговой дорожкой эллиптической формы,цилиндров радиально сходящихся друг к другу верхними частями и шатунов с нажимными роликами,контактирующими с беговой дорожкой обода. У прототипа сравнительно низкое КПД и долговечность, а работа его недостаточно плавна. Эти недостатки обусловлены следующими обстоятельствами. Во-первых, коэффициент сжатия в камерах сгорания данного двигателя постоянен и нет возможности управления им в процессе работы и оптимизации в зависимости от нагрузки на двигатель и частоты вращения главного вала. Если бы такая возможность была, двигатель был бы более экономичен и долговечен. Во-вторых, в указанном двигателе штоки (шатуны) с установленными на них нажимными роликами, двигаются близко к направлению прямой и при взаимодействии с ободом, создающие крутящий момент силы, имеют маленькую величину из-за маленькой величины проекции результирующей силы на тангенциальную составляющую силу, действующую на обод. Из-за этого имеют место потери силы давления газов от сгорания горючей смеси, особенно в первый момент, когда давление газов на поршень максимально и шток имеет маленький угол к перпендикуляру касательной к эллипсу. В -третьих, при работе прототипа имеет место прерывистость действия рабочей силы, создающей крутящий момент. Задача изобретения Указанные изобретения, объединенные общим изобретательским замыслом, направлены на повышение КПД, плавности и долговечности двигателя за счет: 1) создания возможности управления коэффициентом сжатия в камерах сгорания цилиндров посредством корректировки хода поршней и месторасположения верхней мертвой точки в камерах сгорания в зависимости от нагрузки на главный вал двигателя, его частоты вращения и октанового числа применяемого топлива; 2) выбора оптимального угла давления нажимных роликов для создания полезного крутящего момента и уменьшения потерь на трение; 3) перекрывания фаз рабочих ходов поршней, обеспечивающего непрерывность действия рабочей силы, создающей крутящий момент. Раскрытие изобретения(новизна, изобретательский уровень) Поставленная цель первым вариантом изобретения (по 1-му независимому пункту формулы) достигается тем, что у двигателя внутреннего сгорания, содержащего установленный с возможностью вращения обод с орбитальными беговыми дорожками в виде Т-образного паза овальной или другой, замкнутой и центрально симметричной конфигурации, охватываемый этими беговыми дорожками невращающийся блок радиально сходящихся к друг другу камерами сгорания цилиндров с установленными в них поршнями и шарнирно связанные с ними и с установленными на блоке цилиндров одноплечими рычагами,шатуны с нажимными роликами на других концах, находящимися в контакте с беговыми дорожками упомянутого паза, имеются следующие отличительные признаки: не вращающийся блок цилиндров установлен с возможностью управляемого смещения от оси вращения обода, а двигатель снабжен средством для осуществления данного смещения; при выполнении двигателя с четырехтактным циклом работы, гребни у орбитальных беговых дорожек выполнены четного количества; число цилиндров нечетно и больше, чем количество гребней. Поставленная цель вторым вариантом изобретения (по 4-му независимому пункту формулы) достигается тем, что у двигателя внутреннего сгорания, содержащего невращающийся обод с орбитальными беговыми дорожками в виде Т-образного паза овальной или другой, замкнутой и центрально симметричной конфигурации, охватываемый этими беговыми дорожками, установленный с возможностью вращения блок радиально сходящихся к друг другу камерами сгорания цилиндров с установленными в них поршнями и шарнирно связанные с ними и с установленными на блоке цилиндров одноплечими рычагами, шатуны с нажимными роликами на других концах, находящимися в контакте с беговыми дорожками упомянутого паза, имеются следующие отличительные признаки: не вращающийся обод установлен с возможностью синхронного, с частотой вращения блока цилиндров, плоско-параллельного переноса по окружности диаметром меньше хода поршней, а двигатель снабжен средством для осуществления данного переноса; при выполнении двигателя с четырехтактным циклом работы, гребни у орбитальных беговых дорожек выполнены четного количества; число цилиндров нечетно и больше, чем количество гребней. Между отличительными признаками и достигаемыми результатами имеется следующая причинноследственная связь. Возможность управляемого смещения блока цилиндров от оси вращения обода, позволяет корректировать (например, от бортового компьютера транспортного средства или энергетической установки) ход поршней и месторасположение верхней мертвой точки в камерах сгорания в зависимости от нагруз-1 011059 ки на главный вал двигателя, его частоты вращения и октанового числа применяемого топлива. Общеизвестно, что этим (управлением коэффициентом сжатия) достигается повышение КПД и долговечности,экономия горючего. Установка невращающегося обода с возможностью синхронного, с частотой вращения блока цилиндров, плоско-параллельного переноса позволяет выбрать конструктивно оптимальные расчетные углы давления штоков (шатунов) нажимных роликов, при которых, в зависимости от кривизны рабочей поверхности беговой дорожки, получаются максимальные силы, осуществляющие полезный крутящий момент. Притом, для обеспечения работоспособности, этот перенос должен быть по окружности и со скоростью, равной частоте (скорости) вращения блока цилиндров (синхронным). Реальная потребность диаметра окружности данного переноса для достижения результата не может быть больше хода поршней. Выполнение двигателя с нечетным числом цилиндров, большим, чем количество гребней у конфигурации беговых дорожек обода, обеспечивает непрерывность действия крутящего момента, получаемого от давления поршней с нажимными роликами и плавность работы двигателя. Указанная совокупность существенных признаков, характеризующих варианты двигателя, из уровня техники неизвестна и не следует явным образом из нее. Только наличие отличительных признаков у данных изобретений позволяет достижение намеченного результата. Примеры осуществления изобретения(промышленная применимость) Сущность изобретении поясняется схематическими чертежами, на которых изображены на фиг. 1 - изображен двигатель с невращающимся 3-х цилиндровым блоком и вращающимся ободом с овальной конфигурацией (2-х гребневой) беговой дорожки, по первому варианту изобретения; на фиг. 2 - изображен двигатель с невращающимся 5-ти цилиндровым блоком и вращающимся ободом с эпитрохоидальной конфигурацией (4-х гребневой) беговой дорожки, по первому варианту изобретения; на фиг. 3 - изображен двигатель с вращающимся 4-х цилиндровым блоком и невращающимся ободом с эллиптической конфигурацией (2-х гребневой) беговой дорожки, по второму варианту изобретения; на фиг. 4 - изображен двигатель с вращающимся 4-х цилиндровым блоком и невращающимся ободом с эпитрохоидальной конфигурацией (4-х гребневой) беговой дорожки, по второму варианту изобретения. Двигатель по первому варианту изобретения содержит установленный с возможностью вращения обод 1 с овальной или например, эпитрохоидальной конфигурацией (по отношению к оси 2 вращения обода 1) Т-образного паза 3 с беговыми дорожками. Блок цилиндров 4 с камерами сгорания 5 установлен без возможности вращения, но с возможностью управляемого смещения во фронтальной плоскости (перпендикулярной к оси вращения 2). Для осуществления данного смещения (предпочтительно вдоль одного из цилиндров) двигатель снабжен управляемым от бортового компьютера (на фигурах не указан) механическим средством 6, например, в виде винтовой передачи или эксцентрика. Поршни 7 установлены в блоке цилиндров 4 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. С ними, посредством шарнира 8, связаны шатуны 9, на других концах которых, на осях, установлены нажимные ролики 10. Данные ролики 10 находятся в рабочем контакте с беговыми дорожками Т-образного паза 3. Шатуны 9 поддерживаются в рабочих положениях одноплечими рычагами 11, установленными посредством шарниров 12 на блоке цилиндров 4. Обод 1 снабжен зубчатым венцом 13 для зацепления со стартером (на фигурах не указан) двигателя при его заводке. Число цилиндров в этом варианте изобретения выбрано одним больше, чем количество гребней у конфигурации беговых дорожек обода 1. В двигателе по второму варианту изобретения обод 1 установлен без возможности вращения, но с возможностью синхронного, с частотой вращения блока цилиндров, плоско-параллельного переноса каждой его точки, например, точки 14 по окружности диаметром D. Для осуществления такого движения переноса двигатель снабжен механическим средством, например в виде зубчатой передачи с паразитной шестерней 15, зацепленной с соосно установленными равными по количеству зубьев колесами 16 и 17,выполненными на блоке цилиндров 4 и на эксцентриковом валу 18. Эксцентриковая шейка 19 вала 18 является центром конфигурации беговой дорожки обода 1 и его эксцентриситетравен половине диаметра D окружности плоско-параллельного переноса обода 1, при этом конструктивно он назначается меньше, чем ход поршней 7, но из условия геометрически оптимального углового воздействия нажимных роликов 10 на беговую дорожку Т-образного паза 3 для получения максимального крутящего момента. Двигатель по первому варианту изобретения работает следующим образом. С помощью стартера закручивают обод 1 для заводки двигателя. Общеизвестные системы подачи горючей смеси, зажигания и газораспределения (на фигурах не указаны) обеспечивают заводку и работу двигателя. При этом, поршни 7 совершают принудительные возвратно-поступательные движения, которые обеспечиваются общеизвестным 2-х или 4-хтактным циклом работы двигателя и беговыми дорожками Т-образного паза 3. Нажимные ролики 10 давят на криволинейные поверхности беговых дорожекT- образного паза и создают тангенциальную составляющую силы, производимой от взрыва горючей смеси в камерах сгорания 5 цилиндров, которая создает крутящий момент двигателя. При этом блок цилиндров 4 удерживается без возможности вращения. Во время работы двигателя, посредством управления винтовой передачей 6 блок цилиндров смещают по отношению оси 2 вращения обода, что означает приближение или удаление к его беговым дорожкам зоны воздействия нажимных роликов 10 и следовательно перемещают зону хода поршней 7 в камерах сгорания 5 цилиндров, т.е. смещают положение верхней мертвой точки. Эти смещения сравнительно небольшие, но достаточные, чтобы таким образом,в зависимости от внешней нагрузки на двигатель, частоты вращения главного вала и октанового числа применяемого горючего, управлять коэффициентом сжатия в диапазоне, например от 7 до 13, что позволяет повысить КПД за счет экономий горючего. Работа двигателя по второму варианту изобретения происходит аналогичным образом, с тем отличием, что обод 1 удержан без возможности вращения, а вращается блок цилиндров 4. При этом, вращение от блока цилиндров 4 посредством колеса 16 и паразитной шестерни 15 передается колесу 17 и эксцентриковому валу 18, по эксцентриковой шейке 19 которого расположен геометрический центр беговой дорожки обода 1. В результате, при работе двигателя и вращении блока цилиндров 4, обод 1 совершает движение плоско-параллельного переноса (без вращения), т.е. каждая его точка по окружности радиусом, или диаметром D. Данное движение, синхронное с вращением блока цилиндров 4, обеспечивает необходимые смещения криволинейных поверхностей беговых дорожек обода 1 и оптимальные, с точки зрения получения максимального крутящего момента, углы взаимодействия с нажимными роликами 10,установленными на шатунах 9. Изготовлены опытные образцы с отличительными признаками вариантов изобретения. Оны доказали эффективность данных конструктивных признаков для достижения поставленной задачи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий установленный с возможностью вращения обод с орбитальными беговыми дорожками в виде Т-образного паза овальной или другой, замкнутой и центрально-симметричной конфигурации, охватываемый этими беговыми дорожками невращающийся блок радиально сходящихся друг к другу камерами сгорания цилиндров с установленными в них поршнями и шарнирно связанные с ними и с установленными на блоке цилиндров одноплечими рычагами шатуны с нажимными роликами на других концах, находящимися в контакте с беговыми дорожками упомянутого паза, отличающийся тем, что невращающийся блок цилиндров установлен с возможностью управляемого смещения от оси вращения обода, а двигатель снабжен средством для осуществления данного смещения. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при выполнении двигателя с четырехтактным циклом работы гребни у орбитальных беговых дорожек выполнены четного количества. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что число цилиндров не четно и больше, чем количество гребней. 4. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий невращающийся обод с орбитальными беговыми дорожками в виде Т-образного паза овальной или другой, замкнутой и центрально-симметричной конфигурации, охватываемый этими беговыми дорожками, установленный с возможностью вращения блок радиально сходящихся друг к другу камерами сгорания цилиндров с установленными в них поршнями и шарнирно связанные с ними и с установленными на блоке цилиндров одноплечими рычагами шатуны с нажимными роликами на других концах, находящимися в контакте с беговыми дорожками упомянутого паза, отличающийся тем, что невращающийся обод установлен с возможностью синхронного, с частотой вращения блока цилиндров, плоскопараллельного переноса по окружности диаметром меньше хода поршней, а двигатель снабжен средством для осуществления данного переноса. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что при выполнении двигателя с четырехтактным циклом работы гребни у орбитальных беговых дорожек выполнены четного количества. 6. Двигатель по пп.4 и 5, отличающийся тем, что число цилиндров не четно и больше, чем количество гребней.