Двигун внутрішнього згоряння зінченка

Двигун внутрішнього згоряння, який має корпус (10), в якому розміщені два паралельні вали вихідний вал (11) та вал (3) поршнів, що має вигляд двох кілець, скріплених між собою двома діаметрально-протилежно розташованими перемичками, до яких прикріплені своїми штоками поршні (2, 2а), що мають форму зрізаного тора, співвісного з віссю вала (3), а в центральний отвір вала (3) поршнів вставлений вал (4) циліндрів, в якому виготовлені два діаметрально-протилежно розташовані бокові отвори, до яких приєднані своїми радіальними отворами (13, 13а) два циліндри (1, 1а), що мають форму зрізаного тора, співвісного з віссю вала (4), при цьому поршні (2, 2а) вставлені в циліндри (1, 1а) з можливістю ковзання в них своєю зовнішньою поверхнею, вал (4) циліндрів виконаний з можливістю обертання в отворі вала (3) C2 2 (19) 1 3 нерухомою шестірнею. Ротор з зубчастим колесом обкочується навколо шестірні, його грані ковзають по внутрішній поверхні корпуса, відсікаючи змінні об'єми камер. Така конструкція дозволяє здійснити чотиритактний цикл без застосування спеціального механізму газорозподілу. Утворення суміші, запалення, змащування, охолодження, пуск в принципі такі ж, як і у звичайних поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Двигун Ванкеля в 2-3 рази менший за аналогічний по потужності звичайний поршневий двигун. [Див., наприклад. Ишлинский А.Ю. Большой энциклопедический словарь политехнический. Научное издательство Большая Российская энциклопедия. - 1998. - С. 72]. Недоліками відомого пристрою є: - неекологічність та неекономічність внаслідок того, що камери згоряння мають складну форму і паливна суміш в них згоряє не повністю; - низький ККД (коефіцієнт корисної дії) - через велику площу поверхні статора, яка є стінкою камери згоряння, що обумовлює великі втрати енергії; - проблеми з надійністю - в двигуні Ванкеля всі чотири камери, в момент всмоктування, стискання, робочого ходу і вихлопу, мають постійне розміщення в статорі, внаслідок чого різні сектори статора нагріваються нерівномірно і двигун має схильність до перегріву. [Див., наприклад http://www.lastochka.by/gt/tech/wankel/]. Спільних загальних ознак пристрою, що заявляється, з двигуном Ванкеля заявником не виявлено. В основу винаходу поставлено задачу створити двигун внутрішнього згоряння з достатньо високим ККД, економічним, надійним, простим у виготовленні та експлуатації. Поставлена задача вирішується у Двигуні внутрішнього згоряння Зінченка, який має корпус (10), в якому розміщені два паралельні вали - вихідний вал (11) та вал (3) поршнів, який має вигляд двох кілець, скріплених між собою двома діаметральнопротилежно розташованими перемичками, до яких прикріплені своїми штоками поршні (2, 2а) у вигляді зрізаного тора співвісного з віссю вала (3) поршнів, а в центральний отвір вала (3) поршнів вставлений вал (4) циліндрів, в якому виготовлені два діаметрально-протилежно розташовані бокові отвори, до яких приєднані своїми радіальними отворами (13, 13а) два циліндри (1, 1а) у вигляді зрізаного тора співвісного з віссю вала (4) циліндрів, при цьому поршні (2, 2а) вставлені в циліндри (1, 1а) і можуть в них ковзати своєю зовнішньою поверхнею, вал (4) циліндрів може обертатися в отворі вала (3) поршнів, вал (3) поршнів може обертатися в бокових отворах корпусу (10), а на вихідному валу (11) закріплений блок (12) зубчастих коліс, який складається з двох однакових зубчастих коліс (7, 9), повернутих одне відносно одного на 90 градусів, при цьому циліндри (1, 1а) кінематично з'єднані з поршнями (2, 2а) через вал (4) циліндрів, зубчасте колесо (6) циліндрів, яке закріплене на валу (4) циліндрів, зубчасте колесо (7) блока (12) зубчастих коліс, зубчасте колесо (9) 96987 4 блока (12) зубчастих коліс, зубчасте колесо (8) поршнів, яке закріплене на валу (3) поршнів, та вал (3) поршнів, при цьому зубчасте колесо (6) циліндрів та зубчасте колесо (7) блока (12) зубчастих коліс, а також зубчасте колесо (8) поршнів та зубчасте колесо (9) блока (12) зубчастих коліс утворюють дві однакові пари зубчастих зачеплень з періодично-змінним передавальним відношенням з періодом 180 градусів та зміщенням фаз передавального відношення між парами на 90 градусів, а в центральний отвір вала (4) циліндрів вставлена і прикріплена до корпусу (10) втулкаколектор (5), по поверхні якої може обертатися вал (4) циліндрів і в якій виготовлені три глухі отвори (14, 16, 18) які закінчуються трьома радіальними вікнами - вікном (15) всмоктування, вікном (19) запалення та вікном (17) вихлопу, які можуть почергово з'єднуватися з боковими отворами вала циліндрів (4) по принципу дії обертового крана. У пристрої, що заявляється, камера згоряння має оптимальну геометричну форму (зрізаний тор), що забезпечить повне згоряння паливоповітряної суміші, підвищить ККД, екологічність, зменшить втрати енергії двигуна. Поверхні стінок циліндрів і поршнів почергово здійснюють такти всмоктування, стискання, робочого ходу та вихлопу, що забезпечує їх оптимальний температурний режим. Камера згоряння двигуна обертається, що забезпечує її ефективний обдув і охолодження. Подача запалення здійснюється через вікно, яке відкривається в момент достатнього стискання паливо-повітряної суміші і закривається після загоряння робочої суміші, тому може здійснюватись постійно працюючою свічкою запалення, що спрощує систему запалення двигуна. Значна більшість конструктивних елементів пристрою, що заявляється, має форму тіл обертання, що забезпечує їх простоту виготовлення і ремонту. Використання зубчастих зачеплень зі змінним передавальним відношенням за привід циліндропоршневої групи дозволяє змінювати ступінь стиснення двигуна шляхом підбору зубчастих коліс з потрібним передавальним відношенням, що підвищує його рівень універсальності. Двигун не потребує спеціального маховика для вирівнювання нерівномірності обертання. Роль маховика відіграє інерція циліндропоршневої групи, що забезпечує зменшення ваги та простоту конструкції; Перелік фігур креслення: Фіг. 1 - схема Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка; Фіг. 2 - графік залежності величини передавального відношення коліс 7 та 6 а також 9 та 8 від кута повороту вихідного вала 11; Фіг. 3 - схема Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка в момент виконання циклу всмоктування; Фіг. 4 - схема Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка в момент виконання циклу стискання; Фіг. 5 - схема Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка в момент виконання циклу робочого ходу; Фіг. 6 - схема Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка в момент виконання циклу вихлопу. 5 На Фіг. 1 подано схему Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка, який складається з корпуса 10, в якому розміщені два паралельні вали - вихідний вал 11 та вал 3 поршнів. В центральний отвір вала 3 поршнів вставлений вал 4 циліндрів. На вихідному валу 11 закріплений блок 12 зубчастих коліс, який складається з зубчастого колеса 7 та зубчастого колеса 9, які повернуті одне відносно одного на 90 градусів. На валу 4 циліндрів закріплене зубчасте колесо 6 вала циліндрів та два циліндри 1 та 1а, які з'єднані своїми радіальними отворами 13 та 13а з його боковими отворами, а на валу 3 поршнів закріплене зубчасте колесо 8 поршнів та два поршні 2, 2а. В центральний отвір вала 4 циліндрів вставлена втулка-колектор 5, в якій виготовлені глухі отвори 14, 16, 18, які закінчуються радіальними вікнами - вікном (15) всмоктування, вікном (19) запалення та вікном (17) вихлопу. Циліндри 1 та 1а кінематично з'єднані з поршнями 2 та 2а через вал 4 циліндрів, зубчасте колесо 6 циліндрів, зубчасте колесо 7 блока 12 зубчастих коліс, зубчасте колесо 9 блока 12 зубчастих коліс, зубчасте колесо 8 поршнів та вал 3 поршнів. Зубчасті колеса 6 та 7 а також 8 та 9 утворюють дві однакові пари зубчастих зачеплень з періодичнозмінним передавальним відношенням з періодом 180 градусів та зміщенням фаз передавального відношення між парами на 90 градусів. На Фіг. 3, Фіг. 4, Фіг. 5, Фіг. 6 зображена схема Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка в момент переміни послідовних циклів: всмоктування, стискання, робочого ходу та вихлопу, а на Фіг. 2 зображений графік залежності величини передавального відношення зубчастих коліс 6 та 7 а також 8 та 9 від кута повороту вихідного вала 11, де цифрою 1 позначена залежність коліс 6 та 7, а цифрою 2 позначена залежність коліс 8 та 9. В момент запуску двигуна передаточні відношення між зубчастими колесами 6 та 7 а також 8 та 9 однакові і дорівнюють 1, а робочий об'єм циліндра мінімальний. Роботу Двигуна внутрішнього згоряння Зінченка розглянемо для циліндра 1 та поршня 2. Двигун внутрішнього згоряння Зінченка працює так: 1. Цикл всмоктування проходить у проміжку обертання вихідного вала 11 від 0 до 90 градусів, див. Фіг. 3. Стартер обертає вихідний вал 11 за часовою стрілкою, циліндр 1 та поршень 2 обертаються проти часової стрілки а радіальне вікно 15 всмоктування відкривається. Під час обертання вихідного вала 11 у проміжку від 0 до 45 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 збільшується від 1 до максимального, а між колесами 8 та 9 зменшується від 1 до мінімального, а у проміжку від 45 до 90 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 зменшується від максимального до 1, а між колесами 8 та 9 збільшується від мінімального до 1, див. Фіг. 2. Отже у проміжку обертання вихідного вала 11 від 0 до 90 градусів циліндр 1 та поршень 2 розходяться: спочатку прискорено а потім уповільнено, тому робочий об'єм циліндра 1 збільшується від мінімального до максимального значення і двигун виконує цикл всмоктування паливо 96987 6 повітряної суміші через вікно 15 всмоктування. В кінці циклу всмоктування радіальне вікно 15 всмоктування закривається, передаточні відношення між зубчастими колесами 6 та 7 а також 8 та 9 однакові і дорівнюють 1, а робочий об'єм циліндра максимальний. 2. Цикл стискання проходить у проміжку обертання вихідного вала 11 від 90 до 180 градусів, див. Фіг. 4. Стартер продовжує обертати вихідний вал 11 за часовою стрілкою, циліндр 1 та поршень 2 обертаються проти часової стрілки. Під час обертання вихідного вала 11 у проміжку від 90 до 135 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 зменшується від 1 до мінімального, а між колесами 8 та 9 збільшується від 1 до максимального, а у проміжку від 135 до 180 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 збільшується від мінімального до 1, а між колесами 8 та 9 зменшується від максимального до 1, див. Фіг. 2. Отже у проміжку обертання вихідного вала 11 від 90 до 180 градусів циліндр 1 та поршень 2 сходяться: спочатку прискорено, а потім уповільнено, тому робочий об'єм циліндра 1 зменшується від максимального до мінімального значення і двигун виконує цикл стискання паливоповітряної суміші. В кінці циклу стискання передаточні відношення між зубчастими колесами 6 та 7 а також 8 та 9 однакові і дорівнюють 1, а робочий об'єм циліндра мінімальний. 3. Цикл робочого ходу проходить у проміжку обертання вихідного вала 11 від 180 до 270 градусів, див. Фіг. 5. На початку циклу стартер продовжує обертати вихідний вал 11 за часовою стрілкою, циліндри 1 та поршень 2 обертаються проти часової стрілки, а радіальне вікно запалення 19 відкривається, в камері згоряння відбувається вибух паливо-повітряної суміші і на валу 4 циліндрів з'являється крутний момент, направлений проти часової стрілки, а на валу 3 поршнів з'являється такий же по величині крутний момент але протилежно направлений. Величина сумарного крутного моменту на вихідному валу буде дорівнювати різниці величини крутного моменту на валу циліндрів, помноженому на передаточне відношення коліс 6 та 7 та величини крутного моменту на валу поршнів, помноженому на передаточне відношення коліс 8 та 9. Під час обертання вихідного вала 11 у проміжку від 180 до 225 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 збільшується від 1 до максимального, а між колесами 8 та 9 зменшується від 1 до мінімального, а у проміжку від 225 до 270 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 зменшується від максимального до 1, а між колесами 8 та 9 збільшується від мінімального до 1, див. Фіг. 15. Отже у проміжку обертання вихідного вала 11 від 180 до 225 градусів сумарний крутний момент на вихідному валу 11 направлений проти часової стрілки і збільшується від нуля до максимального значення, а у проміжку обертання вихідного вала 11 від 225 до 270 градусів сумарний крутний момент на вихідному валу 11 теж направлений проти часової стрілки але зменшується від максимального значення до мінімального значення, а циліндр 1 та поршень 2 розходяться: спочатку прискорено а 7 потім уповільнено, тому робочий об'єм циліндра 1 збільшується від мінімального до максимального значення і двигун виконує робочий хід. В кінці робочого ходу радіальне вікно запалення закрите, передаточні відношення між зубчастими колесами 6 та 7 а також 8 та 9 однакові і дорівнюють 1, а робочий об'єм циліндра максимальний. 4. Цикл вихлопу проходить у проміжку обертання вихідного вала 11 від 270 до 360 градусів, див. Фіг. 6. Стартер від'єднаний від вихідного вала 11, циліндр 1 та поршень 2 продовжують обертатися проти часової стрілки по інерції а вікно 17 вихлопу відкривається. Під час обертання вихідного вала 11 у проміжку від 270 до 315 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 зменшується від 1 до мінімального, а між ко 96987 8 лесами 8 та 9 збільшується від 1 до максимального, а у проміжку від 315 до 360 градусів передаточне відношення між зубчастими колесами 6 та 7 збільшується від мінімального до 1, а між колесами 8 та 9 зменшується від максимального до 1, див. Фіг. 2. Отже у проміжку обертання вихідного вала 11 від 270 до 360 градусів циліндр 1 та поршень 2 сходяться: спочатку прискорено а потім уповільнено, тому робочий об'єм циліндра зменшується від максимального до мінімального значення і двигун виконує цикл вихлопу. В кінці циклу вихлопу радіальне вікно 17 вихлопу закривається, передаточні відношення між зубчастими колесами 6 та 7 а також 8 та 9 однакові і дорівнюють 1, а робочий об'єм циліндра мінімальний. 9 96987 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 96987 Підписне 12 Тираж 23 прим. 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