Двигун з камерою змінного об’єму

Реферат: Винахід належить до поршневих машин, у яких вісь циліндра співвісна з віссю вихідного вала. Двигун містить циліндр (2) з першим і другим поршнями (4 і 14). Перший поршень (4) і циліндр (2) виконані з можливістю здійснення першого відносного зворотно-поступального руху; обертовий вихідний вал (8). Другий поршень (14) і циліндр (2) виконані з можливістю здійснення другого відносного зворотно-поступального руху. Вихідний вал (8) установлений співвісно з поршнями (4, 14). Засіб перетворення відносного зворотно-поступального руху в обертальний рух вихідного вала (8) містить хвилясту напрямну доріжку (9) і елемент (10), який виконаний з можливістю переміщення уздовж першої напрямної доріжки (9). Регулювальний орган (5) регулює положення напрямної доріжки (9) відносно вихідного вала (8) і таким чином змінює ступінь стиску в циліндрі. Винахід сприяє спрощенню механізму регулювання ступеня стиску у циліндрах з опозитними поршнями і співвісним вихідним валом. UA 104859 C2 (12) UA 104859 C2 UA 104859 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки, до якої належить винахід Даний винахід належить до загальної технічної області двигунів і, зокрема, до двигунів, робота яких основана на зміні об'єму камери (наприклад, за допомогою стиснення і розширення робочого плинного середовища усередині камери), причому такі двигуни забезпечують подачу механічної енергії, яка може використовуватися, наприклад, для пересування транспортних засобів (таких як автомобілі, мотоцикли, літальні апарати або судна), для приводу машин (промислових або сільськогосподарських) або для подачі механічної енергії у пристрої перетворення енергії типу електрогенераторів. Точніше винахід належить до двигуна, що містить, щонайменше, три основні компоненти: циліндр, який бере участь в обмеженні камери, об'єм якої змінюється між мінімальною величиною і максимальною величиною; перший поршень, що також бере участь в обмеженні камери, причому перший поршень і циліндр виконані з можливістю здійснення першого відносного зворотно-поступального руху під дією зміни об'єму камери; і обертовий вихідний вал. Попередній рівень техніки Двигуни з камерою, зміна об'єму якої використовується для подачі механічної енергії до приймальної системи (автомобіля, верстата або іншої машини), відомі здавна і широко розповсюджені, оскільки на основі цього принципу працюють двигуни внутрішнього згоряння, якими оснащені автомобілі. Конструкція цих відомих двигунів внутрішнього згоряння зазвичай основана на використанні циліндра, який закритий у своїй верхній частині головкою циліндра. Циліндр і головка утворюють камеру згоряння, об'єм якої визначається ходом поршня, що здійснює в циліндрі зворотно-поступальне ковзання під дією зміни тиску в результаті циклів згоряння в камері згоряння. Поршень сполучений з колінчастим валом за допомогою шатуна для перетворення прямолінійного руху поршня в обертання колінчастого вала. Ця відома конструкція двигуна у цілому задовільна, проте має деякі серйозні недоліки. Зокрема, в цих відомих двигунах використовується відносно важка і складна механічна і кінематична трансмісія для передачі зусилля між поршнями і вихідним валом. Очевидно, що вона є потенційним джерелом несправностей і енергетичних втрат і не сприяє підвищенню надійності і зниженню витрат. Крім того, в цих відомих двигунах використовується велика кількість рухомих компонентів, що створює значну рухому масу, яка збільшує проблеми ефективності і надійності. Далі, відомі двигуни відносно важкі і громіздкі, що створює проблеми при їх установленні в автомобілі типу легкового автомобіля, особливо стосовно правильного розташування центру ваги двигуна в автомобілі. І нарешті, ккд цих відомих двигунів не є оптимальним в різних режимах використання двигунів, що призводить до зайвої витрати палива. Для вирішення останньої проблеми було запропоновано змінювати об'єм камери згоряння у функції рівня навантаження на двигун. Двигуни внутрішнього згоряння, модифіковані так, щоб забезпечувати можливість динамічного регулювання об'єму камери згоряння, зазвичай називають «двигунами зі змінним ступенем стиснення» або двигунами VCR (VCR - Variable Compression Ratio - змінний ступінь стиснення) у тих випадках, коли ступінь стиснення паливноповітряної суміші в камері згоряння змінюється при зміні об'єму камери. У порівнянні з класичними двигунами внутрішнього згоряння ці двигуни зі змінним ступенем стиснення забезпечують можливість оптимізації ккд за рахунок усунення (або, щонайменше, зниження домінімуму) небажаних явищ, таких як детонація або стук. Однак відомі двигуни зі змінним ступенем стиснення також мають зазначені вище недоліки класичних двигунів внутрішнього згоряння. Ці недоліки навіть посилюються, оскільки в цих двигунах виконання камери зі змінним ступенем стиснення досягається шляхом використання складних механічних систем керування ходом поршнів, що не тільки обважнює двигун і знижує його надійність, але також може викликати небажані вібраційні та акустичні явища. Крім того, промислове виробництво відомих двигунів зі змінним ступенем стиснення є тонким і складним процесом, що значно підвищує собівартість двигуна. Суть винаходу Завданням винаходу є усунення зазначених недоліків відомих вирішень рівня техніки і створення нового двигуна з оптимізованим ккд, що має особливо просту, легку і надійну конструкцію. Іншим завданням винаходу є створення нового двигуна особливо компактної і міцної конструкції. Іншим завданням винаходу є створення нового двигуна, особливо простого за принциповою схемою і легкого у виготовленні. Іншим завданням винаходу є створення нового двигуна, економічного у виготовленні. Іншим завданням винаходу є створення нового двигуна, робота якого основана на простих і 1 UA 104859 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перевірених механічних принципах. Іншим завданням винаходу є створення нового двигуна, конструкція якого особливим чином обмежує виникнення небажаних вібраційних і акустичних явищ. Іншим завданням винаходу є створення нового двигуна, в якому використовується мінімальна рушійна маса і забезпечується можливість виконання значних прохідних перерізів впуску та/або вихлопу. Іншим завданням винаходу є створення нового двигуна з використанням мінімальної кількості різних деталей. Відповідно до винаходу вирішення поставлених завдань досягається в двигуні, що містить, щонайменше, три наступні основні компоненти: циліндр, який бере участь в обмеженні камери, об'єм якої змінюється між мінімальною величиною і максимальною величиною; перший поршень, що також бере участь в обмеженні камери, причому перший поршень і циліндр виконані з можливістю здійснення першого відносного зворотно-поступального руху під дією зміни об'єму камери; обертовий вихідний вал, причому двигун додатково містить другий поршень, який також бере участь в обмеженні камери, причому другий поршень і циліндр виконані з можливістю здійснення другого відносного зворотно-поступального руху під дією зміни об'єму камери, а вихідний вал установлений співвісно першому і другому поршням; перший засіб перетворення першого відносного зворотно-поступального руху в обертальний рух вихідного вала, що містить, з одного боку, першу напрямну доріжку, по суті хвилясту і зв'язану з одним з трьох компонентів, і з іншого боку, перший напрямний елемент, який виконаний з можливістю переміщення уздовж першої напрямної доріжки і зв'язаний з іншим з цих трьох компонентів; перший регулювальний орган для регулювання положення першої напрямної доріжки та/або першого напрямного елемента відносно компонента (компонентів), з яким (якими) вони жорстко зв'язані, для регулювання мінімальної та/або максимальної величини об'єму камери. Інші завдання і переваги винаходу будуть ясні з подальшого докладного опису прикладів здійснення винаходу, що не є обмежувальними, з посиланнями на креслення, що додаються. Перелік фігур, креслень та інших матеріалів На кресленнях: фіг. 1 зображає на вигляді збоку з частковим розрізом принципову схему двигуна за винаходом, фіг. 2 зображає на вигляді збоку з частковим розрізом двигун внутрішнього згоряння за винаходом відповідно до принципової схеми за фіг. 1, фіг. 3 зображає в перспективі двигун за фіг. 2 без циліндра, фіг. 4 зображає в перспективі деталь конструкції двигуна за фіг. 2 і 3. Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу Винахід належить до двигуна, тобто до пристрою, здатного здійснювати механічну роботу, яка може використовуватися, зокрема, для пересування транспортного засобу, такого як автомобіль, мотоцикл, літальний апарат або судно, або для приводу машини (верстата, будівельної машини, сільськогосподарської машини, насоса, компресора) або пристрою перетворення енергії, такого як генератор. Двигун 1 за винаходом є двигуном внутрішнього згоряння, тобто двигуном, здатним створювати механічну енергію в результаті згоряння у ньому робочого плинного середовища, що містить паливо, наприклад, паливо на основі вуглеводню, таке як бензин. Однак винахід не обмежений двигунами внутрішнього згоряння і може відноситися до двигуна, робота якого не основана на згорянні палива, наприклад, до двигунів, що працюють на стисненому повітрі. Двигун 1 за винаходом містить, щонайменше, три наступні основні компоненти: циліндр 2, перший поршень 4 і обертовий вихідний вал 8. Циліндр 2 бере участь в обмеженні камери 3, об'єм якої змінюється між мінімальною величиною і максимальною величиною. Відомим і оптимальним чином об'єм камери 3 змінюється циклічно в ході функціонування двигуна 1 таким чином, що об'єм камери 3 поперемінно і безперервно переходить від мінімальної величини до максимальної і назад. У тому випадку, коли, двигун 1 є двигуном внутрішнього згоряння, як це показано на кресленнях, камера 3 утворює камеру згоряння, виконану з можливістю приймання робочого плинного середовища, призначеного для згоряння в її внутрішній порожнині. Таким чином, робоче плинне середовище є горючим плинним середовищем і краще утворене газом, що складається із суміші повітря і розпиленого палива. Цей газ призначений для швидкого згоряння, точніше вибуху (і ще точніше займання) усередині камери 3. Паливо може бути, наприклад, похідним нафти, проте винахід жодним чином не обмежений конкретним видом робочого плинного середовища. Таким чином, як це добре відомо само по собі, у показаному на 2 UA 104859 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кресленнях прикладі здійснення зміна об'єму камери 3 створюється зміною об'єму робочого плинного середовища, що знаходиться усередині камери 3, під дією явища згоряння (яке викликає розширення робочого плинного середовища). Як показано на кресленнях, циліндр 2 може бути виконаний у вигляді порожнистої труби, краще прямої з віссю X-X’ поздовжньої протяжності (далі - поздовжня вісь). Як показано на кресленнях, краще циліндр 2 має по суті круглий поперечний переріз. Проте в рамках винаходу цілком можливий відмінний від круглого поперечний переріз циліндра 2, наприклад, багатокутний. У показаному на кресленнях прикладі виконання внутрішня стінка 20 циліндра 2 бере участь в обмеженні камери 3. У тому випадку, коли двигун 1 є двигуном внутрішнього згоряння (як це показано на кресленнях), і камера 3 утворює камеру згоряння, циліндр 2 краще виготовлений з матеріалу, що має високу теплову і механічну міцність, наприклад, такого як металевий матеріал типу чавуну або алюмінієвого сплаву, щоб витримувати теплові і механічні напруження унаслідок згоряння палива в камері 3. Перший поршень 4 також бере участь в обмеженні об'єму камери 3, при цьому перший поршень 4 і циліндр 2 виконані з можливістю здійснення першого відносного зворотнопоступального руху під дією зміни об'єму камери 3. Іншими словами, винаходом передбачені одна або інша з наступних конструктивних конфігурацій: - Конфігурація А: циліндр 2 зафіксований (нерухомий), тоді як перший поршень 4 установлений рухомо відносно циліндра 2 для зворотно-поступального (поперемінного) руху відносно циліндра 2. - Конфігурація В: перший поршень 4 зафіксований (нерухомий), тоді як циліндр 2 установлений рухомо відносно першого поршня 4 для зворотно-поступального (поперемінного) руху відносно першого поршня 4. У показаному на кресленнях кращому прикладі здійснення, який відповідає конфігурації А, перший поршень 4 виконаний з можливістю ковзання в циліндрі 2 шляхом зворотнопоступального руху під дією зміни об'єму камери 3. Таким чином, перший поршень 4 розміщений усередині циліндра 2 і герметично прилягає до внутрішньої стінки 20 циліндра 2 з можливістю ковзання в циліндрі 2 уздовж осі X-X’, залишаючись у постійному щільному контакті з внутрішньою стінкою 20 циліндра 2. Конфігурація А особливо переважна, оскільки вона забезпечує можливість легкого установлення двигуна 1 і показала себе надійнішою і легшою у виготовленні, ніж конфігурація В. Щільний контакт між першим поршнем 4 і внутрішньою стінкою 20 циліндра 2 може забезпечуватися будь-якими засобами, відомими фахівцеві в даній області, шляхом використання відомих і перевірених технічних рішень рівня техніки. Перший поршень 4 обладнаний головкою 4А, яка бере участь в обмеженні камери 3. Краще головка 4А має поперечний переріз, відповідний внутрішньому поперечному перерізу циліндра 2. Краще цей поперечний переріз є круглим, як показано в прикладах виконання за кресленнями. Далі, перший поршень 4 містить юбку 4В, яка відходить від периферії головки 4А. Перший поршень 4 має вісь Y-Y’ поздовжньої протяжності (далі - поздовжня вісь), яка відповідає осі симетрії поперечного перерізу головки 4А поршня. Краще поздовжнявісь Y-Y’ першого поршня 4 збігається з поздовжньою віссю X-X’ циліндра 2, коли поршень 4 розміщений в робочому положенні усередині циліндра 2, як показано на фіг. 2. Згідно з показаним на кресленнях кращим прикладом виконання, що відповідає модифікації А1 конфігурації А, перший поршень 4 виконаний з можливістю ковзання в циліндрі 2 при строго поступальному осьовому русі. Це означає, що перший поршень 4 спрямовується відносно циліндра 2 виключно для поступального поздовжнього руху паралельно осі X-X’ без повороту першого поршня 4 навколо себе. Іншими словами, в даному випадку перший поршень 4 механічно зв'язаний з циліндром 2 ковзним зв'язком. Таке осьове спрямування першого поршня 4 для строго поступального руху в циліндрі 2 дозволяє зменшити не тільки проблеми вібрації і передчасного зносу поршня від контакту з сорочкою циліндра, як це має місце в двигунах рівня техніки, але також зменшити проблеми втрат зусилля, наявні у відомих двигунах. Ці проблеми виникають по суті через те, що у відомих рішеннях поршні спрямовуються у циліндрі не безпосередньо, а непрямим чином, за допомогою штока, який в процесі руху поршня під навантаженням переміщається зі зсувом від осі. Само собою зрозуміло, що фахівцеві в даній області відома безліч технічних можливостей для здійснення такого зв'язку ковзання між поршнем 4 і циліндром 2. У показаному на кресленнях прикладі виконання цей зв'язок ковзання, який дозволяє поршню 4 ковзати у циліндрі 2 по суті при строго поступальному прямолінійному русі, реалізований за допомогою взаємодії, щонайменше, одного повзуна 4С, установленого на першому поршні 4, і відповідної напрямної 2А, яка організована в циліндрі 2 і проходить по суті паралельно поздовжній осі X-X’ циліндра 2. Переважно для того, щоб забезпечити 3 UA 104859 C2 5 10 15 зрівноважене спрямування першого поршня 4 відносно циліндра 2, перший поршень 4 оснащений двома повзунами, розташованими діаметрально протилежно на поршні по відношенню до його осі Y-Y’ симетрії. Для поліпшення контакту ковзання/спрямування з метою зменшення тертя, яке погіршує ккд двигуна, кожний повзун переважно містить ролик 40С, установлений з можливістю обертання на осі 400С, яка установлена в поперечному крізному отворі 40В в юбки 4В таким чином, що вісь 400С проходить по суті радіально відносно поздовжньої осі Y-Y’ першого поршня 4. Кожний ролик 40С призначений для кочення у відповідній напрямній 2А, яка, як це показано на кресленнях, є прямолінійною канавкою, виконаною у внутрішній стінці 20 циліндра 2 навпроти відповідного ролика. Однак винахід не обмежується абсолютним чином установленням першого поршня 4 з ковзним зв'язком з циліндром 2. Так наприклад, в рамках винаходу цілком можливо, що перший поршень 4 в процесі свого зворотно-поступального руху повертається навколо своєї осі Y-Y’ таким чином, що рух першого поршня 4 в циліндрі 2 не є чистим осьовим поступальним рухом, а є поступальним спіральним рухом (модифікація А2 конфігурації А). У конфігурації В також може бути передбачений прямолінійний зворотно-поступальний рух (модифікація В1) або зворотно-поступальний рух з поворотом першого поршня 4 (модифікація В2). Різні описані конфігурації зведені у наступній таблиці 1. 20 Таблиця 1 Конфігурація Модифікація конфігурації Рух цилиндра А1 Нерухомий А2 Нерухомий А В1 В В2 25 30 35 Прямолінійний зворотнопоступальний Зворотно-поступальний з поворотом Рух першого поршня Прямолінійний зворотнопоступальний Зворотно-поступальний з поворотом Нерухомий Нерухомий Краще обертовий вихідний вал 8 виконаний прямолінійним и проходить по продольній осі ZZ’, при цьому він виконаний з можливістю обертання навколо цієї осі. Вихідний вал 8 установлений оптимальним чином співвісно першому поршню 4 так, що осі X-X’, Y-Y’ і Z-Z’ збігаються. Як це показано на кресленнях, краще вихідний вал 8 проходить через перший поршень 4, тобто перший поршень 4 установлений на вихідному валу 8. Для цього перший поршень 4 забезпечений отвором, крізь який проходить вихідний вал 8, причому переважно сполучення між першим поршнем 4 і вихідним валом 8 ущільнене. Згідно з винаходом двигун 1 містить перший засіб перетворення вказаного першого відносного зворотно-поступального руху в обертальний рух вихідного вала 8, краще в безперервний обертальний рух вихідного вала 8 в одному напрямі. Перший засіб перетворення містить, з одного боку, першу по суті хвилясту напрямну доріжку 9, жорстко зв'язану з одним з трьох компонентів (циліндром 2, першим поршнем 4 або вихідним валом 8), і з іншого боку, перший напрямний елемент 10, який виконаний з можливістю переміщення уздовж першої напрямної доріжки 9 і жорстко зв'язаний з іншим з трьох компонентів. Таким чином, винаходом передбачено декілька конструктивних варіантів, з яких основні варіанти представлені в таблиці 2. 4 UA 104859 C2 Таблиця 2 Модифікація конфігурації за винаходом (див. таблицю 2) А1 А1 А2 А2 В1 В1 В2 В2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Варіант за винаходом А11 А12 А21 А22 В11 В12 В21 В22 Компонент, з яким жорстко Компонент, з яким жорстко зв'язана перша напрямна зв'язаний перший доріжка напрямний елемент Вихідний вал Перший поршень Циліндр Перший поршень Циліндр Вихідний вал Циліндр Перший поршень Перший поршень Вихідний вал Перший поршень Циліндр Вихідний вал Циліндр Перший поршень Циліндр Краще взаємодія між першою напрямною доріжкою 9 і першим напрямним елементом 10 є оборотною; тобто вона дозволяє не тільки перетворювати відносний зворотно-поступальний рух першого поршня 4/циліндра 2 в обертальний рух вихідного вала 8, але також перетворювати обертальний рух вихідного вала 8 у відносний зворотно-поступальний рух першого поршня 4/циліндра 2. Показаний на кресленнях приклад здійснення відповідає варіанту А11 за таблицею 2. У цьому варіанті вихідний вал 8 установлений з можливістю регулювання у центральному крізному отворі в першому поршні 4 таким чином, що дозволяє першому поршню 4 ковзати по довжині вихідного вала 8, запобігаючи сполучанню внутрішньої порожнини камери 3 із зовнішнім оточенням через сполучення між вихідним валом 8 і першим поршнем 4. Перша напрямна доріжка 9 жорстко зв'язана з вихідним валом, тоді як перший напрямний елемент 10 жорстко зв'язаний з першим поршнем 4. У показаному на кресленнях варіанті А11 двигун 1 за винаходом працює відповідно до наступного основного принципу: - зміни тиску в камері 3, отримувані за рахунок циклів займання вибухової суміші (типу суміші повітря з розпиленим паливом) викликають поперемінний прямолінійний рух першого поршня 4, який рухається строго поступально, - перший поршень 4 у свою чергу приводить в обертання вихідний вал 8, який є привідним валом, призначеним для з'єднання з об'єктом, що підлягає приведенню в рух, наприклад, з колесами автомобіля. Така принципова конструкція усуває спрямовування зусилля через різні робочі осі, як це мало місце у вирішеннях рівня техніки, і на протилежність цьому забезпечує можливість прямої передачі дії першого поршня 4 на вихідний вал 8. Іншими словами, перший поршень 4 приводить вихідний вал 8 в обертання безпосередньо, що додає двигуну 1 особливої компактності, так що він може бути легко вбудований в шасі автомобіля. Така принципова конструкція також сприяє поліпшенню розташування центру ваги завдяки по суті поздовжній формі двигуна 1, що сприяє розміщенню двигуна 1 на осі симетрії транспортного засобу. Завдяки безпосередньому і співвісному приводу вихідного вала 8 за допомогою першого поршня 4 торсіонні зусилля, яким піддається вихідний вал 8, зменшені до мінімуму в порівнянні з торсіонними зусиллями, передаваними шатунами на колінчасті вали в двигунах рівня техніки. Оптимальним чином перша напрямна доріжка 9 має по суті синусоїдальну форму. Точніше, в прикладі виконання за кресленнями перша напрямна доріжка 9 проходить по кільцевому профілю навколо поздовжньої осі Z-Z’ вихідного вала 8. Краще перша напрямна доріжка 9 містить першу канавку, а перший напрямний елемент 10 містить перший палець, який виступає від першого поршня 4 і входить в цю першу канавку. Краще перший напрямний елемент 10 містить два пальця, які розташовані діаметрально протилежно щодо осі Y-Y’ і входять в одну і ту ж першу канавку. Для поліпшення контакту між першим напрямним елементом 10 і першою канавкою перший палець краще містить ролик 10А, установлений з можливістю обертання на осі, яка установлена в крізному отворі в юбці 4В, так що ця вісь проходить по суті радіально відносно поздовжньої осі Y-Y’ поршня 4. Краще дана вісь відповідає осі 400С, на якій установлений ролик 40С. У цьому особливо простому і надійному прикладі здійснення ролик 10А установлений на осі 400С усередині юбки 4В для взаємодії з відповідною синусоїдальною канавкою, а ролик 40С установлений на тій же осі 400С ззовні юбки 4В для взаємодії з відповідною прямолінійною канавкою 2А. Згідно з винаходом 5 UA 104859 C2 5 двигун 1 містить також перший регулювальний орган 5 для регулювання положення першої напрямної доріжки 9 та/або першого напрямного елемента 10 відносно компонента або компонентів, з якими вони жорстко зв'язані, для регулювання мінімальної та/або максимальної величини об'ємукамери 3. Таким чином, винаходом передбачені альтернативні підваріанти, які представлені в таблиці 3. Таблиця 3 Варіант (див. таблицю 2) Підваріант Засіб (засоби), положення якого (яких) регулюється регулювальним органом 5 А11 А111 Перша напрямна доріжка А11 А11 А112 А113 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка А11 А114 Перший напрямний елемент А11 А11 А115 А116 А11 А117 А11 А118 А11 А119 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент А12 А121 Перша напрямна доріжка А12 А12 А122 А123 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка А12 А124 Перший напрямний елемент А12 А12 А125 А126 А12 А127 А12 А128 А12 А129 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент А21 А211 Перша напрямна доріжка А21 А21 А212 А213 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка А21 А214 Перший напрямний елемент А21 А21 А215 А216 А21 А217 А21 А218 А21 А219 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент А22 А221 Перша напрямна доріжка 6 Величина (величини) об'єму камери, регульована (регульовані) регулювальним органом 5 Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна UA 104859 C2 А22 А22 А222 А223 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка А22 А224 Перший напрямний елемент А22 А22 А225 А226 А22 А227 А22 А228 А22 А229 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент В11 В111 Перша напрямна доріжка В11 В11 В112 В113 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка В11 В114 Перший напрямний елемент В11 В11 В115 В116 В11 В117 В11 В118 В11 В119 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент В12 В121 Перша напрямна доріжка В12 В12 В122 В123 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка В12 В124 Перший напрямний елемент В12 В12 В125 В126 В12 В127 В12 В128 В12 В129 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент В21 В211 Перша напрямна доріжка В21 В21 В212 В213 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка В21 В214 Перший напрямний елемент В21 В21 В215 В216 В21 В217 В21 В218 В21 В219 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент 7 величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина UA 104859 C2 В22 35 40 45 В225 В226 В227 В228 В22 30 Перший напрямний елемент В22 25 В224 В22 20 Перша напрямна доріжка Перша напрямна доріжка В22 В22 15 В222 В223 В22 10 Перша напрямна доріжка В22 В22 5 В221 В229 Перший напрямний елемент Перший напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Перша напрямна доріжка і напрямний елемент Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Мінімальна і максимальна величини Мінімальна величина Максимальна величина Таким чином, винахід оснований на ідеї регулювання положення напрямної доріжки 9 та/або напрямного елемента 10 для регулювання об'єму камери 3, що дозволяє регулювати ступінь стиснення. За рахунок цього винахід дозволяє одержати двигун 1 з регульованим ступенем стиснення, який має особливо просту, компактну і надійну конструкцію. Зокрема, безпосередня дія на положення напрямної доріжки 9 та/або напрямного елемента 10 показала себе особливо простою і ефективною технічною мірою для точного регулювання ступеня стиснення, включаючи регулювання в процесі роботи двигуна 1. Показаний на кресленнях приклад здійснення відповідає підваріанту А111 за таблицею 3. Згідно з цим підваріантом перший регулювальний орган 5 виконаний з можливістю регулювання положення першої напрямної доріжки 9 щодо вихідного вала 8. Це означає, що перша напрямна доріжка 9 є рухомою відносно вихідного вала 8 і залишається зв'язаною з ним для передачі руху (перетвореного) першому поршню 4. Згідно з цим підваріантом А111 напрямний елемент 10 зафіксований по своєму положенню відносно його несучого компонента, а саме першого поршня 4. Згідно з підваріантом А111 регулювальний орган 5, що дозволяє регулювати положення першої напрямної доріжки 9 відносно вихідного вала 8, дозволяє регулювати як мінімальну, так і максимальну величину об'єму камери 3. У цьому підваріанті А111 перший поршень 4 здійснює зворотно-поступальний рух із попередньо визначеною амплітудою (визначуваною формою напрямної доріжки 9) в обидві сторони від свого середнього положення. В даному випадку регулювальний орган 5 виконаний з можливістю зміщувати це середнє положення, що приводить до зміщення поперемінного ходу першого поршня 4 і за рахунок цього до одночасної зміни мінімальної і максимальної величини об'єму камери 3. Проте винахід не обмежений таким режимом функціонування. Цілком можливе виконання, в якому регулювальний орган 5 впливає тільки на максимальну або тільки на мінімальну величину об'єму камери 3, наприклад, шляхом переміщення у відповідний момент напрямної доріжки 9 (та/або напрямного елемента 10) для витримування постійної мінімальної або максимальної величини об'єму камери. У показаному на кресленнях прикладі здійснення (який відповідає підваріанту А111) перший регулювальний орган 5 оптимальним чином містить першу регулювальну деталь 6 (показана окремо на фіг. 4), яка установлена з можливістю ковзання уздовж вихідного вала 8 і несе першу напрямну доріжку 9. Вигідним чином перша регулювальна деталь 6 виконана у вигляді втулки 6А, яка проходить уздовж осі W-W’. Ця втулка 6А установлена співвісно на вихідному валу 8 таким чином, що осі X-X’, Y-Y’, Z-Z’ і W-W’ по суті збігаються. Краще втулка 6А спрямовується на вихідному валу 8 для строго поступального осьового руху, тобто вихідний вал 8 і втулка 6А зв'язані механічним зв'язком ковзного типу. Для цього втулка 6А, наприклад, забезпечена подовженим прорізом 7, який призначений для взаємодії зі штирем 17, який безпосередньо укріплений на вихідному валу 8 і радіально виступає від нього. Штир 17 входить у подовжений проріз 7 таким чином, що взаємодія між штирем 17 і подовженим прорізом 7 забезпечує спрямування поступального переміщення втулки 6А на вихідному валу 8. Таким чином, втулка 6А може ковзати на вихідному валу 8 і здійснювати хід, амплітуда якого відповідає довжині подовженого прорізу 7. У свою чергу довжина подовженого прорізу 7 визначається відповідно до бажаного діапазону регулювання мінімальної і максимальної величин об'єму камери 3. Згідно з показаним на кресленнях кращим прикладом здійснення (підваріант А111) перший регулювальний орган 5 містить, з одного боку, нарізну обойму 18 з внутрішньою різзю, яка прикріплена до циліндра 2 і співвісна вихідному валу 8, і з іншого боку, нарізну трубку 19, яка прикріплена своїм першим кінцем до першої регулювальної деталі 6. Ця нарізна трубка 19 може 8 UA 104859 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 загвинчуватися у нарізну обойму 18 і вигвинчуватися з неї для зміни положення першої регулювальної деталі 6 відносно вихідного вала 8, який установлений у фіксованому положенні відносно циліндра 2. Точніше, нарізна трубка 19 установлена співвісно на вихідному валу 8 таким чином, що може вільно повертатися відносно нього навколо осі Y-Y’. Для цього трубка 19 краще обладнана на своєму прикріпленому до першої регулювальної деталі кінці голчастим упорним підшипником 19А, який забезпечує зв'язок між нарізною трубкою 19 і втулкою 6А. Для керування загвинчуванням трубки 19 в нарізну обойму 18 і вигвинчуванням з неї другий кінець нарізної трубки 19, протилежний прикріпленому до втулки 6А першому кінцю, обладнаний зубчастим колесом 19В для приведення в обертання нарізної трубки 19. Зубчасте колесо 19В виконане з можливістю приведення в обертання за допомогою механічної та/або електричної системи керування (на кресленнях не показана). Система керування може містити, наприклад, електромотор з шестірнею, яка зачіпляється із зубчастим колесом 19В. Альтернативно система керування може відбирати рушійну енергію безпосередньо від вихідного вала 8. У прикладі здійснення, що представляє особливий інтерес, двигун 1 містить керувальний модуль для керування системою керування зубчастим колесом 19В. Краще цей керувальний модуль виконаний з можливістю автоматичного, безперервного і постійного регулювання ступеня стиснення (за допомогою регулювання мінімальної та/або максимальної величини об'єму камери 3) у функції навантаження на двигун 1 та/або його режиму з метою оптимізації крутного моменту, режиму і ккд двигуна 1. Для цього керувальний модуль краще містить датчики, які збирають дані про поточне функціонування двигуна 1, і комп'ютер (мікропроцесор), який обробляє ці дані для подання у систему керування команди на приведення в обертання зубчастого колеса 19В в одному або іншому напрямі для зміни положення напрямної доріжки 9 і тим самим зміни ступеня стиснення двигуна 1. Комп'ютер може бути запрограмований для різкого збільшення ступеня стиснення на початку прискорення, так що двигун 1 створює значний крутний момент, а потім для зменшення ступеня стиснення для відновлення крутного моменту на режимі високої швидкості. У оптимальному варіанті двигун 1 за винаходом містить другий поршень 14, який також бере участь в обмеженні об'єму камери 3. Цей другий поршень 14 і циліндр 2 виконані з можливістю другого відносного зворотно-поступального руху під дією зміни об'єму камери 3. Таким чином, як показано на кресленнях, двигун 1 краще містить циліндр 2, усередині якого установлені з можливістю осьового ковзання перший поршень 4 і другий поршень 14. У цьому показаному на кресленнях особливо доцільному прикладі здійснення камера 3 краще утворена проміжним простором, що відокремлює перший і другий поршні 4, 14 у циліндрі 2 (фіг. 1). Іншими словами, у цьому випадку камера 3 відповідає вільному простору змінного об'єму, розташованому усередині циліндра 2 між поршнями 4, 14. Як показано на кресленнях, краще перший і другий поршні 4, 14 установлені в циліндрі 2 один навпроти одного, тобто таким чином, що їх відповідні головки 4А, 14А повернені одна до одної. При цьому камера 3 займає простір, який обмежений по осі головками 4А, 14А першого і другого поршнів 4, 14 і радіально внутрішньою стінкою 20 циліндра 2 між головками 4А, 14А поршнів 4, 14. Камера 3 має змінний об'єм, який залежить від відносного положення першого і другого поршнів 4, 14. Вигідним чином, як показано на кресленнях, перший поршень 4 і другий поршень 14 виконані з можливістю протилежного зворотно-поступального руху в циліндрі (який в даному випадку нерухомий) таким чином, що ці поршні 4, 14 наближаються один до одного і віддаляються один від одного по суті одночасно (перший і другий зворотно-поступальні рухи протилежні). Іншими словами, перший поршень 4 і другий поршень 14 переміщаються симетрично щодо середньої площини камери 3, перпендикулярної осі X-X’. У показаному на кресленнях прикладі здійснення кожний поршень 4, 14 виконаний з можливістю індивідуального переміщення в циліндрі 2, тобто незалежно від іншого поршня. Краще другий поршень 14 ідентичний першому поршню 4 і установлений в двигуні 1 ідентично установці першого поршня 4. Таким чином, у показаному на кресленнях оптимальному прикладі здійснення вихідний вал 8 установлений також співвісно другому поршню 14, при цьому вихідний вал 8 і другий поршень 14 взаємодіють для перетворення руху другого поршня 14 в обертальний рух вихідного вала 8. Для цього двигун 1 переважно містить другий засіб перетворення вказаного другого відносного зворотно-поступального руху в обертальний рух вихідного вала 8. Цей другий засіб перетворення містить, з одного боку, другу по суті хвилясту напрямну доріжку 15, жорстко зв'язану з одним з наступних трьох компонентів: циліндром 2, вихідним валом 8 і другим поршнем 14, і з іншого боку, другий напрямний елемент 16, який виконаний з можливістю переміщення уздовж другої напрямної доріжки 15 і жорстко зв'язаний з іншим з трьох компонентів. Оптимальним чином двигун 1 містить також другий регулювальний орган 50 для регулювання положення другої напрямної доріжки 15 та/або другого напрямного елемента 9 UA 104859 C2 5 10 15 20 25 16 відносно компонента або компонентів, з якими вони жорстко зв'язані, для регулювання мінімальної та/або максимальної величини об'єму камери 3. У показаному на кресленнях особливо вигідному прикладі виконання двигун 1 в цілому виконаний симетричним відносно середньої площини камери 3, тобто площини, яка проходить через центр камери 3 і перпендикулярна поздовжній осі X-X’ циліндра 2. Це означає, що відносне конструктивне розміщення другого поршня 14, другої напрямної доріжки 15, другого напрямного елемента 16 і другого регулювального органа 50 ідентичне відносному конструктивному розміщенню першого поршня 4, першої напрямної доріжки 9, першого напрямного елемента 10 і першого регулювального органа 5. Особливий інтерес представляє наступна комбінація: - камера 3, обмежена двома поршнями 4, 14, що переважно працюють протилежно один одному і спільно для перетворення їх протилежного зворотно-поступального руху в безперервний обертальний рух вихідного вала 8, - і першого і краще другого регулювальних засобів 5, 50, що дозволяють впливати на наявний в розпорядженні об'єм камери 3 і, відповідно, на ступінь стиснення. Дійсно, наявність двох поршнів регульованого ходу забезпечує можливість тонкого керування ступенем стиснення шляхом роздільної дії на поршні 4, 14 для регулювання ступеня стиснення. Використання двох поршнів 4, 14 для визначення однієї і тієї ж камери 3 також дозволяє за рахунок симетричної дії на поршні 4, 14 одержати велику амплітуду зміни ступеня стиснення без значної зміни ходу поршнів, оскільки кожний поршень бере участь наполовину в зміні ступеня стиснення. Винахід відноситься також до транспортного засобу типу автомобіля, оснащеного двигуном 1 за винаходом. Можливість промислового застосування Винахід має промислову застосовність при розробці, виготовленні і використанні двигунів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 50 55 60 1. Двигун (1), що містить щонайменше три наступні основні компоненти: - циліндр (2), що бере участь в обмеженні об'єму камери (3), об'єм якої змінюється між мінімальною величиною і максимальною величиною, - перший поршень (4), що також бере участь в обмеженні об'єму камери (3), причому перший поршень (4) і циліндр (2) виконані з можливістю здійснення першого відносного зворотнопоступального руху під дією зміни об'єму камери (3), - обертовий вихідний вал (8), причому двигун (1) додатково містить: - другий поршень (14), що також бере участь в обмеженні об'єму камери (3), причому другий поршень (14) і циліндр (2) виконані з можливістю здійснення другого відносного зворотнопоступального руху під дією зміни об'єму камери (3), а вихідний вал (8) установлений співвісно першому і другому поршням (4, 14), - перший засіб перетворення першого відносного зворотно-поступального руху в обертальний рух вихідного вала (8), що містить першу напрямну доріжку (9), по суті хвилясту і зв'язану з одним із трьох компонентів (2, 4, 8), і перший напрямний елемент (10), який виконаний з можливістю переміщення уздовж першої напрямної доріжки (9) і зв'язаний з іншим з цих трьох компонентів (2, 4, 8), - перший регулювальний орган (5) для регулювання положення першої напрямної доріжки (9) та/або першого напрямного елемента (10) відносно компонента (компонентів) (2, 4, 8), з яким (якими) вони зв'язані, з метою регулювання мінімальної та/або максимальної величини об'єму камери (3). 2. Двигун (1) за п. 1, який відрізняється тим, що перша напрямна доріжка (9) зв'язана з вихідним валом (8), а перший напрямний елемент (10) зв'язаний з першим поршнем (4). 3. Двигун (1) за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що перша напрямна доріжка (9) містить першу канавку, а перший напрямний елемент містить перший палець, який входить у цю першу канавку. 4. Двигун (1) за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що перший регулювальний орган (5) містить першу регулювальну деталь (6), установлену з можливістю ковзання на вихідному валу (8) уздовж нього, причому перша регулювальна деталь (6) несе першу напрямну доріжку (9). 5. Двигун (1) за п. 4, який відрізняється тим, що перший регулювальний орган (5) містить нарізну обойму (18), прикріплену до циліндра (2) і співвісну вихідному валу (8), і нарізну трубку 10 UA 104859 C2 5 10 15 20 25 (19), прикріплену своїм першим кінцем до першої регулювальної деталі (6), причому нарізна трубка (19) може загвинчуватися в нарізну обойму (18) і вигвинчуватися з неї для зміни положення першої регулювальної деталі (6) відносно вихідного вала (8), який установлений у фіксованому положенні відносно циліндра (2). 6. Двигун (1) за п. 5, який відрізняється тим, що другий кінець нарізної трубки (19) обладнаний зубчастим колесом (19В) для приведення в обертання нарізної трубки (19). 7. Двигун (1) за будь-яким із пп. 1-6, який відрізняється тим, що камера (3) утворена проміжним простором, що розділяє перший і другий поршні (4, 14) у циліндрі (2). 8. Двигун (1) за будь-яким із пп. 1-7, який відрізняється тим, що перший і другий зворотнопоступальні рухи протилежні таким чином, що перший і другий поршні (4, 14) наближаються один до одного і віддаляються один від одного по суті одночасно. 9. Двигун (1) за будь-яким із пп. 1-8, який відрізняється тим, що містить другий засіб перетворення вказаного другого відносного зворотно-поступального руху в обертальний рух вихідного вала (8), причому другий засіб перетворення містить другу напрямну доріжку (15), по суті хвилясту і зв'язану з одним з трьох наступних компонентів: циліндром (2), вихідним валом (8) і другим поршнем (14), і другий напрямний елемент (16), який виконаний з можливістю переміщення уздовж другої напрямної доріжки (15) і зв'язаний з іншим з цих трьох компонентів (2, 8, 14), при цьому двигун (1) додатково містить другий регулювальний орган (50) для регулювання положення другої напрямної доріжки (15) та/або другого напрямного елемента (16) відносно компонента (компонентів) (2, 8, 14), з яким (якими) вони зв'язані, з метою регулювання мінімальної та/або максимальної величини об'єму камери (3). 10. Двигун (1) за будь-яким із пп. 1-9, який відрізняється тим, що він є двигуном внутрішнього згоряння, а камера (3) виконана з можливістю приймання робочого плинного середовища, призначеного для згоряння усередині камери (3). 11. Транспортний засіб, оснащений двигуном (1) за будь-яким із попередніх пунктів. 11 UA 104859 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12