Двигун внутрішнього згорання

Корисна модель відноситься до двигунобудування, а саме до двигунів внутрішнього згоряння з робочими органами, що хитаються (коливаються), і може бути застосована у різних областях як стаціонарний двигун або привод машин, генераторів, транспортних засобів. Відомо двигун внутрішнього згорання, що містить перетворюючий кривошипно-шатунний механізм, в якому зворотно-поступальний рух поршнів перетворюється в обертальний рух вала за допомогою похилих шайб [1]. Наявність похилих шайб значно ускладнює конструкцію, вимагає створення підшипників із специфічними конструктивними рішеннями. Відомо також роторно-поршневий двигун (двигун Ванкеля), що містить корпус із внутрішньою епітрохоїдною поверхнею, ротор трикутного поперечного перерізу, планетарний механізм, що перетворює планетарний рух ротора в обертальний рух вала. Робочі порожнини утворені епітрохоїдною поверхнею корпуса, бічними площинами і поверхнею ротора [2]. Цей двигун має ряд переваг перед поршневим, насамперед, простоту конструкції, малу відносну масу та габарити. Але двигун Ванкеля також має свої недоліки, серед яких малий коефіцієнт стиснення, складність поверхонь, які створюють робочі порожнини, наявність планетарного механізму, що виконує роль мультиплікатора, потреба в установці декількох роторів-поршнів при великих потужностях двигунів внутрішнього згорання. Вказані недоліки обмежують область застосування роторно-поршневих двигунів внутрішнього згорання. Також відомо роторний двигун, вибраний за найближчий аналог, що містить корпус із радіальними перегородками, із внутрішньою поверхнею у формі тіла обертання, а також перетворюючий механізм, що включає вал з лопатями, встановлений в корпусі з можливістю повороту, при цьому кожна лопать ділить простір між перегородками на дві порожнини, одна з яких (гаряча) сполучена з впускним та випускним клапанами, а інша (холодна) - з прямим і зворотним клапанами [3]. Ознаками найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками запропонованої корисної моделі, є корпус із ізольованою внутрішньою циліндричною порожниною, встановлені у корпусі впускні та випускні клапани, основний вал із радіальними лопатями, розташованими в одній площині, який встановлений у внутрішній циліндричній порожнині з можливістю зворотно-обертального переміщення. Недоліком такої конструкції двигуна внутрішнього згорання є виникнення великих інерційних навантажень на рухомі радіальні лопаті, обумовлена наявністю в камері згорання нерухомих радіальних перегородок, як одного із елементів, що утворюють камеру. Це є дуже актуальним з огляду на те, що поперечний перетин кожної з лопатей є сектором, що значно послабляє міцність лопаті в місці її з'єднання з валом. Крім того, така сукупність утворюючих камеру елементів, як радіальні перегородки і радіальні лопаті, зважаючи на нерухомість перших і рухливість других, не дозволяє забезпечити оптимальний процес горіння суміші, що обумовлює невисокий ККД двигуна. Задачею корисної моделі є розширення функціональних можливостей двигуна внутрішнього згорання, підвищення його надійності, збільшення його ККД шляхом забезпечення нового розміщення поршневих елементів. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що двигун внутрішнього згорання містить корпус із ізольованою внутрішньою циліндричною порожниною, встановлені у корпусі впускні та випускні клапани, основний вал із радіальними лопатями, розташованими в одній площині, який встановлений у внутрішній циліндричній порожнині з можливістю зворотно-обертального переміщення, згідно корисної моделі містить додатковий вал, встановлений у внутрішній циліндричній порожнині співвісно основному валу з можливістю взаємного зворотно-обертального переміщення, на якому також встановлена пара радіальних лопатей, при цьому дві утворені пари лопатей ділять внутрішню циліндричну порожнину на чотири окремі ізольовані камери змінного об'єму і мають можливість переміщення в обмеженому секторі. На Фіг.1 зображений поперечний розріз внутрішньої циліндричної порожнини двигуна внутрішнього згорання, на Фіг.2 - поздовжній розріз двигуна, на Фіг.3 - основний вал із радіальними лопатями, на Фіг.4 - двигун в стані першого крайнього положення радіальних лопатей, на Фіг.5 - двигун в стані другого крайнього положення радіальних лопатей. Двигун має корпус 1 із внутрішньою циліндричною порожниною 2 і бічними кришками (не показано). У внутрішній циліндричній порожнині 2 розташований основний вал 3 з радіальними лопатями 4, 5, який встановлений на співісному валу 6 меншого діаметра. На тому ж валу 6 меншого діаметра співвісно встановлений, з можливістю взаємного зворотно-обертального переміщення щодо основного вала 3, додатковий вал 7 з радіальними лопатями 8, 9. Лопаті 4, 5, 8, 9 ділять внутрішню циліндричну порожнину на чотири окремі ізольовані камери (І-IV) змінного об'єму. В корпусі двигуна встановлені впускні 10 та випускні 11 клапани (по два впускні та випускні клапани на кожну робочу камеру), робота яких здійснюється за допомогою механізму управління клапанами (не показано). На основному валу 3 і на додатковому валу 7 встановлені внутрішній ротор 12 і зовнішній ротор 13 (статор) генератора з можливістю обертання в протилежних напрямках, що обумовлено наявністю храпових механізмів 14 і 15 відповідно. Храповий механізм 14 забезпечує обертання внутрішнього ротора виключно в одному напрямку (наприклад, за годинниковою стрілкою), а храповий механізм 15 - зовнішнього ротора, в протилежному напрямку (відповідно, проти руху годинникової стрілки). Робота двигуна здійснюється наступним чином. Лопаті 4, 5, 8, 9, які забезпечують утворення чотирьох робочих камер (І-IV) змінного об'єму, знаходяться у своїх перших крайніх положеннях (Фіг.4). При цьому в камері І, що утворена лопатями 4 і 8, відбувається процес розширення, в камері II, що утворена лопатями 8 і 5, - процес випуску, в камері III, що утворена лопатями 5 і 9, процес впуску, а в камері IV, що утворена лопатями 9 і 4, - процес стиснення. За рахунок дії тиску газів, що утворюються при згоранні робочої суміші в камері І, відбувається розходження лопатей 4 і 8, а отже і лопатей 5 і 9 до досягнення свого другого крайнього положення (Фіг.5). У цей час змінюється об'єм камер І-IV. Далі в камері І відбувається процес випуску, в камері II - процес впуску, в камері III - процес стиснення, а в камері IV - процес розширення. Згорання робочої суміші здійснюється вже в камері IV, при цьому відбувається розходження лопатей 9 і 4, а з ними і лопатей 5 і 8. Таким чином в кожній з камер І-IV поетапно здійснюються всі чотири робочі цикли двигуна (впуск, стиснення, розширення, випуск), а лопаті 4, 5, 8 і 9 разом з основним 3 і додатковим 7 валом, скоюють зворотно-обертальне переміщення, яке за допомогою храпових механізмів 14 і 15 трансформується в безперервний взаємо-протилежний обертальний рух внутрішнього ротора 12 і зовнішнього ротора 13 генератора. Це забезпечується наступним чином. При обертанні в напрямку за годинниковою стрілкою основний вал 3 (або додатковий вал 7), за рахунок храпового механізму 14, передає обертальний рух на внутрішній ротор 12. При цьому храповий механізм 15 не передає обертальний рух з основного валу 3 (або додаткового валу 7) на зовнішній ротор 13. При послідуючому обертанні основного валу 3 (або додаткового валу 7) у зворотному напрямку, тобто в напрямку проти руху годинникової стрілки, храповий механізм 14 не передає обертальний рух з основного валу 3 (або додаткового валу 7) на внутрішній ротор 12 і він обертається в напрямку за годинниковою стрілкою за інерцією. В той же час храповий механізм 15 передає обертальний рух зовнішньому ротору 13 в напрямку проти руху годинникової стрілки. Наявність малої кількості деталей збирання, технологічність їх виготовлення, простота збирання і випробування дає підстави віднести процес виготовлення двигуна до високих технологій, а сам двигун - до високообертових, потужних і легких, економічних і екологічних типів машин. Література: 1. Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1989. 2. Вишняков Н.Н. Автомобиль: основы конструкции. - М.: Машиностроение, 1986. 3. Авторское свидетельство СССР №66218, МПК F02B 53/02, 1946.