BG63221B1

BG63221B1 - Гърбичен двигател

Info

Publication number: BG63221B1
Application number: BG101334A
Authority: BG
Inventors: Боян БАХНЕВ; Павел Граматов
Original assignee: Боян БАХНЕВ; Павел Граматов
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2001-06-29
Also published as: BG101334A; WO1998041734A1; AU3331097A

Abstract

Двигателят е предназначен за вграждане в различнивидове сухопътни, морски и въздушни превозни средства или в стационарни агрегати. Той е с повишена ефективност, максимално възможна уравновесеност и много добра равномерност. Може да бъде пригоден както като двигател за вътрешно горене, така и като двигател от Стирлингов тип. Профилът на пространствената гърбица (4) е вълнообразен, така че осъществява закона за движение на изпълнителните звена (5), и е непрекъснат поне до втората си производна врамките на един оборот на гърбицата (4).

Description

Изобретението се отнася до гьрбичен двигател, намиращ приложение в двигателостроенето. Двигателят може да се използва за вграждане в различни видове сухопътни, морски и въздушни превозни средства или в стационарни агрегати.

Предшестващо състояние на техниката

Един от най-важните, макар и не винаги съвместно решавани проблеми, поставяни в двигателостроенето, са повишаване ефективността на двигателя, при което се използва попълно внасяната в цилиндрите им топлина, както и постигане на по-добри уравновесеност и равномерност за подобряване на надеждността и работата им. Известни са гърбични двигатели с вътрешно горене и със Стирлингов цикъл, всички съдържащи най-малко един аксиален цилиндър, като всички цилиндри са разположени успоредно на и равно отдалечени от работния вал на двигателя. Във всеки цилиндър е разположено подвижно бутало, чийто прът е свързан към цилиндрична пространствена гърбица чрез изпълнително звено с възможност за придвижване по гърбицата. Работният профил на гърбицата е изпълнен като крива, описана по определен закон. Гърбицата е свързана с работния вал. Освен това двигателят съдържа и най-общо средства за подаване и/или средства за отвеждане на работното вещество, и двете свързани с горивните камери на двигателя. Гърбичните двигатели, наред с опростената си конструкция, която може да се изпълни симетрична по отношение на оста, позволяват чрез закона за движение на буталните групи по пространствената гърбица едновременно с това да се влияе значително върху термодинамичния цикъл на двигателя и да се постигне пълна уравновесеност по отношение на инерционните сили. Известни са гьрбични двигатели със Стирлингов цикъл, при които гърбицата представлява коса шайба (US 5343704) или е изпълнена по синусов закон (WO/8204101 на Moscrip). При тях всички фази на процеса протичат по известните термодинамични цикли за този тип двигатели, което намалява ефективността му. Освен това не могат да се регулират работните режими съобразно натоварването и не може да се подобрят уравновесеността и равномерността на двигателя.

По-разпространени са гърбичните двигатели с вътрешно горене.Например известен е от US 4492188 гърбичният двигател на Palmer с вътрешно горене, чиято работна гърбица е изработена по синусов закон. Този закон позволява да се постигне добра уравновесеност на двигателя, но осигурява работата му само по някои от известните термодинамични цикли за бензинов или дизелов двигател. Тези цикли не позволяват по-пълно оползотворяване на внесената топлина, поради което термодинамичните им и индикаторни коефициенти на полезно действие (кпд) са ниски.

Известни са и други гърбични двигатели с вътрешно горене, при които работната гърбица е например трионовидна линия с праволинейни несиметрични участъци в разгънат вид (US 4553508, Stinebaugh) или гърбица, на която едноименните мъртви точки са на различни нива (US 5140953). Възможен е и закон (US 5218933), който осигурява по време на компресията скоростта на буталото да намалява рязко при запалването и да се увеличава след това, преди да постигне горна мъртва точка. Всички тези закони, по които са построени гърбиците на познатите двигатели, имат известни предимства, че подобряват термодинамиката, което води до повишаване на кпд и намаляване емисията на вредните газове. От друга страна обаче това са закони, които не позволяват постигане на уравновесеност при работата на двигателите поради появата на неуравновесени инерционни сили и моменти. Това намалява надеждността и износоустойчивостта на двигателите, особено при работа в по-натоварени режими, както и до покачване нивото на шума.

Известен е и гьрбичен двигател с вътрешно горене от US 4149498, съдържащ изброените по-горе елементи и средства, чиято пространствена гърбица представлява вълнообразна крива, имаща праволинейни участъци, съответстващи на горно и долно мъртво положение на буталото, което осигурява постоянен обем на камерите при фазите на горене и свободно изтичане на изгорелите газове. Дви гател, работещ с такава гърбица, има съществени предимства, като термодинамичнвят му цикъл се доближава до идеалния, но тъй като кривата не осигурява еднакви скорости и ускорения на буталата за всички фази, смцо не може да се подобри уравновесеността на двигателя. Освен това фактът, че процесите на препокриване и инерционно дозареждане не се извършват при постоянен обем, вади до намаляване на свежото работно вещество и увеличаване на количеството на остатъчните газове в работния обем на цилиндъра, което като резултат намалява кпд на двигателя. Освен това се увеличават хидравличните загуби в средството, подаващо свежо работно вещество в работния цилиндър. Този двигател не променя степента на сгъстяване при различни натоварвания, което не осигурява ефективна работа на двигателя при различви режими на работа.Освен това конструкцията на двигателя е сложна и ненадеждна.

Ако разгледаме по-подробно US 4553508, ще видим, че в едно изпълнение законът на движение на изпълнителните звена може да е периодичен, изпълнен със симетрични праволинейни клонове спрямо средата на периода, свързани плавно помежду си. С него обаче могат да се реализират само известните термодинамични цикли, защото всички фази на процеса протичат при променлив обем. Освен това при прехода между всеки два клона на гърбицата се появяват динамични удари, което намалява надеждността на двигател, защото не е осигурен непрекъснат контакт в подвижната връзка между изпълнителните звена и работния профил на гърбицата. При изпълнение на гърбицата според предпочитания вариант с несиметрични клонове спрямо средата на периода не се осигурява уравновесеност на двигателя при работа, въпреки че се подобрява термодинамиката му. Двигателят, освен изброените по-горе елементи и средства, съдържа и други средства, подобряващи работата му, като механизъм за управление степента на сгъстяване, представляващ силов цилиндър, свързан към работната гърбица и преместващ я чрез шлицово съединение осово за промяна на работния обем на цилиндрите при различни натоварвания. Освен това има средства за водене на изпълнителните звена, които представляват каретка, носеща буталния прът и плъз гаща се по две успоредни направляващи колонки с кръгло сечение всяка, които колонки са захванати неподвижно към долната и горната основа на картера около работната гърбица. Този двигател обаче, освен недостатъците. произтичащи от закона, по който е изработена гърбицата, е с усложнена конструкция, съдържаща много елементи в себе си, което понижава надеждността му. Не е предвиден механизъм за отместване фазите на газоразпределение. Големи са загубите от триене в профилното съединение между работния вал и работната гърбица при промяна степента на сгъстяване. Механизмът за управление степента на сгъстяване способства за появата на пулсации при движението на гърбицата по работния вал, предизвикващи вибрации и шум, различни по амплитуда и ниво при студен и топъл двигател.

Същност на изобретението

Основен проблем, който се решава с изобретението, е предлаганият двигател да бъде с по-висока ефективност, да бъде икономичен и да не замърсява околната среда.

Друг проблем, който се решава, е двигателят според изобретението да бъде максимално уравновесен и надежден с подобрена износоустойчивост при експлоатация. Нивото на шума и вибрациите да е намалено и да е осигурена безударна работа.

Един трети решаван проблем е двигателят да бъде с добри динамични качества.

Немаловажен проблем за решаване е предлаганият двигател да може да бъде ефективен при всички работни режими, като се поддържа оптимален термодинамичен цикъл, при който се реализира максимално възможен кпд за всеки работен режим на двигателя.

Не на последно място двигателят трябва да бъде технологичен за производство и ремонт, с ниска металоемкост и малка енергоемкост при производство.

Освен това двигателят трябва да може да бъде изпълним за вграждане в различни работни машини.

Следващ проблем е предлаганият двигател да позволява използването на опростена трансмисия, както и да създава възможност за разширяване на функциите му.

Друг проблем е предлаганият двигател да запазва работоспособността си при по-високи работни температури и температурни разлики.

Всички тези и други проблеми се решават с гьрбичен двигател, съдържащ работен вал и най-малко един аксиален цилиндър, като всички цилиндри са разположени успоредно на и са равно отдалечени от работния вал. Във всеки цилиндър е разположено най-малко едно бутало с възможност за възвратно-постъпателно движение в цилиндъра, което бутало е свързано с гьрбичен механизъм. Камерите на цилиндрите може да са свързани със средства за подаване и/или средства за отвеждане на работно вещество. Гьрбичният механизъм съдържа поне една цилиндрична пространствена гърбица, свързана съосно с работния вал, и най-малко едно изпълнително звено с възможност за възвратно-постъпателно движение по водачи. Поне едно от звената е свързана с бутало на цилиндър, образувайки действително бутално звено. Всяко изпълнително звено е в контакт с възможност за придвижване поне по един от работните профили на цилиндричната пространствена гърбица. Всеки профил на гърбицата е изпълнен вълнообразен по закон, непрекъснат поне до втората си производна в рамките на цялата гърбица, така че при движение на изпълнителните звена скоростта и ускоренията им в началото и в края на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата на профила на гърбицата са равни по стойност, като екстремните стойности на ускоренията им са разположени в междинните точки на всеки възходящ и низходящ участък от периода. Така се отстраняват динамичните удари на всяко изпълнително звено при прехода от един такт в друг и се създават условия за получаване на ниски скорости на движението им около мъртвите им точки, при което се подобрява ефективността на двигателя. Освен това при тези условия може да се синтезират периодични закони на движение на изпълнителните звена, при които се осигуряват еднакви условия на работа на двигателя, независимо от тактността му и вида на работа на изпълнителните звена - с едностранно или с двустранно действие.

За предпочитане е профилът на гърбицата да е изпълнен вълнообразен така, че ус10 коренията на изпълнителните звена, еднакво отадалечени от началото и/или средата на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата, да са равни по стойност и противо5 положни по знак. Така се постига по-добра уравновесеност на двигателя, защото се намаляват неуравновесените инерционни сили, особено ако масите на изпълнителните звена са равни по между си.

За предпочитане е профилът на гърбицата да е изпълнен вълнообразен, така че при движение на изпълнителните звена скоростите и ускоренията им в началото и в края на всеки възходящ и низходящ участък от периода да са равни на нула. За предпочитане е поне в едностранно разположените изпъкналости на кривата на профила да е предвиден праволинеен участък, така че при движението си всяко бутало да остава неподвижно поне във всяко едноименно мъртво положение. Двигателят по този начин реализира такъв термодинамичен цикъл, при който постъпилата топлина в цилиндрите се използва по-рационално, а количеството на токсичните газове се намалява. Това води до повишаване кпд на двигателя, което го прави икономичен, без да се замърсява околната среда. При това намаляват хидравличните загуби. Освен това този двигател позволява да бъде уравновесен максимално, ако изпълнителните звена от всяка уравновесена група изпълнителни звена са с равни маси, четен брой и са най-малко четири, като са равномерно разположени около оста на гърбицата. Така се подобрява износоустойчивостта на двигателя, облекчава се и окачването му, като се намалява нивото на шума.

В двигателя могат да се вградят механизъм за промяна степента на сгъстяване и/ или механизъм за управление на газоразпределението, които го правят еднакво ефективен за всеки работен режим. Може да има вграден и механизъм, осигуряващ непрекъснат контакт между изпълнителните звена и работният профил на гърбицата, което облекчава монтажа и отстранява появата на динамични удари.

Описание на приложените фигури

Фигура 1 е надлъжен разрез на четиритактов гьрбичен двигател с вътрешно горене;

фигури 2 и 3 - закон и втората му про50 изводна на движение на изпълнителните звена със задържане във всяко горно и долно мъртво положение;

фигури 4а и 4б - термодинамичен цикъл съответно на известен четиритактов дизелов двигател и на гърбичен четиритактов дизелов двигател съгласно изобретението;

фигури 5 - поглед на гърбичен механизъм от двигател с едно действително бутално звено;

фигури 6а и 66 - поглед и напречен разрез през тялото на изпълнително звено, а фиг.бв - изглед на сепаратор от връзката на изпълнително звено и водач;

фигури 7а-з - напречни разрези на различни варианти на водене на изпълнително звено по водачи;

фигури 8 - поглед на гърбичен механизъм, съдържащ две действителни бутални и две симулиращи звена;

фигури 9а-в - схеми, показващи различни начини на разполагане на изпълнителните звена около гърбицата;

фигури 10, 11 и 12, - схематични изгледи на гърбични механизми с различна ориентация на буталата на действителните звена;

фигури 13а и 136 - закон и втората му производна на движение на изпълнителните звена с праволинейни хоризонтални участъци във всяко горно и долно мъртви положения и с праволинейни участъци в средата на всички възходящи и низходящи клонове;

фигура 14 - схематично представяне на разлика в големините на хода на двете контактни повърхнини на работния профил на гърбицата;

фигура 15 - схематично изобразяване на контактна връзка между изпълнително звено и канала на гърбицата в горно мъртво положение;

фигури 1 ба-в - различни начини на еластично окачване на контактния елемент от изпълнително звено;

фигура 17 - изпълнително звено, пригодено за работа с гърбица с профилна работна лента;

фигура 18 - връзка между съставна гърбица с канал и контактните елементи на изпълнително звено;

фигура 19 - надлъжен разрез на механизъм за промяна степента на сгъстяване;

фигури 20а-д - различни варианти на изпълнение на повдигащия възела на механизма от фиг. 19;

фигури 21аи21б - напречни разрези на варианти на възела за аксиално преместване от механизма от фиг. 19;

фигури 22а и 226 - варианти на изпълнение на профилните канали на възела за аксиално преместване;

фигура 23 - надлъжен разрез на двигател с две работни гърбици и двустранно разположени бутално-цилиндрови групи;

фигури 24 и 25 - варианти на механизъм за осигуряване на оптимален натяг между водачите и изпълнителните звена на гьрбичния механизъм;

фигури 26а-г - регулатор от центробежен тип за механизъм за управление на газоразпределението според фиг. 1, работещ с изпреварване;

фигури 27а-в - регулатор от центробежен тип за механизъм за управление на газоопределението според фиг. 1, работещ със закъснение;

фигура 28 - надлъжен разрез на механизъм за управление на газоразпределението от зъбен тип;

фигури 29а-в - различни варианти на изпълнение на съставен гърбичен блок от механизма за управление на газоопределението според фиг. 28;

фигура 30 - надлъжен разрез на част от гърбичен двигател с реверсивен блок за обръщане посоката на газоразпределителния механизъм и гърбичен блок на газоразпределението от лостов тип;

фигури 31а-в различни варианти на изпълнение на съставен гърбичен блок от газоразпределителния механизъм според фиг.ЗО;

фигура 32 - надлъжен разрез на двигателя от фиг.ЗО с гърбичен блок на газоразпределението от кобиличен тип;

фигура 33 - разрез на реверсивен блок според фиг.ЗО;

фигура 34 - разрез на реверсивен блок с извеждане на движение от реверсиращите зъбни колела;

фигури 35а и 356 - схематично представяне в поглед отгоре и отстрани на реверсивния блок от фиг.34, свързани с разпределителни гърбични валове за управление на газораз пределението на цилиндри, разположени в групи в посока на единия напречен габарит на двигателя;

фигури 36 и 37 - надлъжен и напречен разрез на двутактов гърбичен двигател;

фигури 38а и 386 - термодинамични цикли, съответно на познатите двутактови двигатели и на двутактов гърбичен двигател съгласно изобретението;

фигура 39 - надлъжен разрез на гьрбичен двигател с две гърбици тип Стирлинг със срещуположно разположени цилиндри за постоянно ниска и постоянно висока температура;

фигура 40 - напречен разрез на гърбичен двигател с една гърбица от Стирлингов тип с едностранно разположени цилиндри;

фигури 41а и 416 - закон и втората му производна на движение на изпълнителните звена със задържане в едностранно разположените изпъкнали части на кривата на профила на гърбицата от фиг.39 или 40;

фигури 42а и 426 - схематични представяния на дефазиране и допълнително дефазиране на гърбиците от двигателя по фиг.39;

фигури 43а-в - диаграми съответно на известните термодинамични цикли на двигатели Стирлингов тип, на цикъла на двигателя от фиг.39 с дефазиране на гърбиците на ъгъл и цикъла на двигателя от фиг.39 с допълнително дефазиране на двете гърбици.

Примери за изпълнение

Съгласно изобретението могат да се реализират различни двигатели както с вътрешно горене - четиритактови и двутактови, така и двигатели с външно горене тип Стирлинг. Примерите за закона, по който е изпълнена гърбицата, са дадени за четиритактов двигател с вътрешно горене, но разсъжденията важат в същата степен и за двутактовите двигатели, и за двигателите със Стирлингов цикъл.

На фиг. 1 е показано едно примерно изпълнение на четиритактов двигател съгласно изобретението. Двигателят съдържа работен вал 1 и в случая повече от един аксиални цилиндри 2, разположени равномерно около вала 1 и равно отдалечени от него. Всеки цилиндър може да е с едностранно или двустранно действие, в случая са с едностранно действие, като в него е разположено поне едно в зависимост от действието бутало 3 с възможност за възвратно-постъпателно движение. Буталата 3 на всички цилиндри 2 са свързани с гьрбичен механизъм, който съдържа цилиндрична пространствена гърбица 4, свързана с вала 1, така че е осигурена възможност за взаимно приемане и предаване на движения, сили и моменти. Гърбичният механизъм освен това съдържа изпълнителни звена 5, контактуващи с гърбицата 4 и водачи 6 за водене на звената 5. Профилът на пространствената гърбица 4 е вълнообразен, като кривата, по която е реализиран, осигурява закон на движение на изпълнителните звена 5, който е непрекъснат поне до втората си производна в рамките на целия интервал от 0 до 360 на завъртане на гърбицата 4. При това скоростта и ускорението при движение на изпълнителните звена 5 в началото и в края на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата на гърбицата 4 са равни по стойност, а екстремните стойности на ускоренията са разположени в междинните точки на всеки възходящ и низходящ участък. Така се уеднаквяват условията, при които протича термодинамичният цикъл в двигател с двустранно действие на изпълнителните звена и се получават сравнително ниски стойности на скоростта на изпълнителните звена 5 около всяко мъртво положение. Този термодинамичен цикъл е особено ефективен при двигатели, работещи с бързо изгарящи горивни смеси. Освен това се подобряват условията за постигане на уравновесеност на двигателя. На фиг.2 е показан един закон на движение на изпълнителните звена 5, съответстващ на профила на гърбицата 4, при който е възможно скоростите и ускоренията на звената 5 в началото и в края на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата да са равни на нула. Така се подобряват условията за протичане на термодинамичния цикъл при по-бавно изгарящите горива. Показано е, че във всяка изпъкналост на кривата на профила може да има праволинеен хоризонтален участък δ, така че при движение всяко бутало 3 да остава неподвижно във всяко горно и/или долно мъртво положение. С това се подобряват условията за протичане на термодинамичния цикъл при всички режими на работа при най-бавно изгарящите горива. Освен това се осигурява постоянен обем за вкарване на топлина в горивните камери при достатъчно време за усвояването й, както и се осигуряват по-добро вентилиране на работните цилиндри и зареждането им със свежа работна смес. Праволинейни- 5 те хоризонтални участъци може да са равни помежду си, което освен подобренията в цикъла спомага и за постигане на пълна уравновесеност на двигателя. При сравнение на фиг.4а и 46 се вижда, че при предлагания гърбичен двигател с крива на пространствената гърбица, реализирана по закона от фиг.2 (фиг.4б), чувствително се увеличава полезната работа на четиритактов дизелов двигател и се намалява отрицателната работа за изгонване на газове, в сравнение с конвенционален четиритактов дизелов двигател (фиг.4а).

Като пример за функция, удовлетворяваща необходимите условия за реализиране на закона на движение на изпълнителните звена 5 от фиг.2 за целия интервал от 0 до 360° на завъртане на гърбицата 4, може да се посочи следното равенство:

φ 1 φ

S (φ) = Η .[ —-----βίη(2π —)] γ 2,π γ където Η - ход на буталото; γ - ъгъл на завъртане на гърбицата 4, в рамките на който буталото 3 реализира хода си; φ - ъгъл на завъртане на гърбицата 4.

За посочения пример буталата 3 изпълняват четири такта за един оборот на гърбицата 41, като за първия интервал β на реализиране на първия такт законът приема следните форми, където: β - ъгъл на завъртане на гърбицата 4 при реализиране на един работен такт;

δ - ъгъл на завъртане на гърбицата 4, през който дадено бутало 3 остава неподвижно.

δ
—	δ(φ) = 0;
2	δ	δ
	φ--	φ--
δ δ	2	1 2
—-£φίβ--	S(₉) = H[--
- — Uw1 } J
2 2	Υ	2π γ
δ
β —5φ^β	ε(φ) = Η,
2

за втория такт, както следва:

δ βόφ£β+2

6(φ) = Η;

β + —ίφί2.β-2 2 δ φ-β —

5(φ) = Η-Η[-----Υ

φ.β-1 2 — «η(2π------)]

2π γ δ

2.β ---£φ^2.β

S(<p) = 0, за третия такт, както следва:

δ

2.β£φ£2.β +— S(q>) = 0 δ δ

2.β+— £φ<3.β-2 2 δδ φ-2.β-- φ-2.β-2 1 2

S (φ) = Η - Η [------------ — »η (2π) ] γ 2πγ δ

3.β--£φ£3.β

S(q» = H за четвъртия такт, както следва:

δ
3.β£φ£3.β +— 2 δ δ 3.β Η--φ^4.β-- 2 2	S(q>) = H

δ φ · 3.β-2 1 δ

φ.₃.β-2 — βίη(2π----)]

2χ γ δ

4,β--£φ^4,β δ(φ) = 0

Вторите производни на тези функции са дадени на фиг.З, от която се вижда, че същите образуват една непрекъсната безконечна линия и следователно двигателят работи без динамични удари.

Всяко изпълнително звено 5 на гьрбичния механизъм (фиг.5 и 6а,б,в) съдържа тяло 7, в случая имащо канали, което може да се движи възвратно-постъпателно по водачите 6, в случая изпълнени като призми. Водачите 6 неподвижно са закрепени към картера на двигателя. Между водачите 6 и тялото 7 има сепаратор 8 с търкалящи елементи 9 за намаля40 ване на триенето. Така се оформят линейни лагери за водене на изпълнителните звена 5. Тялото 7 е предвидено с издатък 10, който може да се движи по канала на гърбицата 4. Тялото 7 на изпълнителното звено 5 може да е неподвижно свързано към пръта на буталото 3 (фиг.5), като по този начин образува действително изпълнително звено 11 (фиг.8). На фиг.7 а-г са показани различни варианти на изпълнение на връзката между водачите 6 и тялото 7. Освен като действително изпълнително звено 11 изпълнителното звено 5 може да се изпълни и като симулиращо изпълнително звено

12, което не е свързано към работещо бутало (фиг.8). Стимулиращи звена 12 се прилагат за подобряване уравновесеността на двигателя в различните му изпълнения. Всички изпълнителни звена 5 могат да бъдат равномерно разположени около оста на гърбицата, както е показано на фиг.9а и 9б, или да бъдат съчетани в равномерно разположени около оста четен брой възли 5” ,като всички възли са еднакъв брой, еднообразно разположени помежду си звена 5, както е показано на фиг.9в, г и д. При това броят на изпълнителните звена 5 във възлите 5” може да е произволен. По този начин става възможно извеждането на допълнителни силоотводни валове или вграждането на допълнителни агрегати към двигателя, като например компресор, без да се нарушава уравновесеността. Изпълнителните звена 5 или възлите 5” от изпълнителни звена могат да формират поне една уравновесена група, във всяка от които с цел подобряване на уравновесеността изпълнителните звена 5, симулиращи 12 и/или действителни 11, или възлите 5” са с еднаква маса и са разположени равномерно около и на еднакво разстояние от оста на гърбицата 4. Така изпъкналите части на кривата са равномерно разположени около оста й. Освен това при движение на изпълнителните звена 5 ускоренията на тези звена 5, които са равно отдалечени от началото на всеки възходящ или низходящ участък от периода на кривата, са равни по стойност и знак помежду си. Например от фиг. 13 ускорението al за първо звено е равно по стойност и посока на ускорението а5, а2 е равно на аб и т.н. За предпочитане е профилът на гърбицата 4 да бъде изпълнен с четен брой изпъкнали части, най-малко четири и броят на изпълнителните звена 5 или възлите 5” да е четен, не по-малко от четири. При това този брой за предпочитане е кратен на броя на изпъкналите части на профила на гърбицата, като половината от брой на изпъкналите части е нечетно число. Алтернативно, половината от боря на изпъкналите части на профила на гърбицата 4 може да е четно число, което не е кратно на броя на изпълнителните звена 5. Например при шест броя изпълнителни звена 5 има шест броя изпъкнали части на профила на гърбицата или при четири броя изпълнителни звена 5 има десет броя изпъкнали части. При това изпълнение с увели чаване броя на мъртвите положения оборотите на двигателя намаляват пропорционално, а въртящият момент се увеличава, като мощността се запазва. Това позволява габаритите на двигателя да се подчиняват на конкретните нужди. Може да намалява и броят на частите на двигателя, например при големите корабни двигатели може да отпадне необходимостта от редуктор. Освен това профилът на гърбицата може да е изпълнен така, че при движението на изпълнителното звено 5 максималните и минималните стойности на ускоренията на тези звена 5, които са разположени на равни разстояния от средата на всеки възходящ и низходящ участък са по-близо до налягането и края на всеки участък, отколкото до средата му, така че тези min стойности на разликата от произведенията на първата и втората производни от началото и средата на всеки участък от Закона за движение е минимална. По този начин може да се постигне пълна уравновесеност на гърбичния двигател, ако броят на работните цилиндри е четен и те са разположени равномерно около оста на двигателя.

Двигателят съгласно изобретението, както се вижда от фиг. 10, може да работи с двойнодействагци действителни бутални звена 11, всяко от които е снабдено в двата си края със съосни бутала 3, движещи се в разположени срещуположно един спрямо друг съосни цилиндри 2. Буталата 3 може да са едностранно разположени, както е показано на фиг. 11. Една комбинация на различни ориентирани едностранно действащи действителни бутални звена lie показана на фиг. 12, където всеки две съседни бутала 3 са ориентирани в противоположни посоки. Тези варианти при ориентиране на буталата 3 дават възможност да се освобождават по-големи пространства около гърбицата 4 за вграждане на допълнителни агрегати, както и да се намалява борят на частите и напречните габарити на двигателя при запазване на работния му обем.

В едно вариантно изпълнение, схематично илюстрирано на фиг. 13а и 136 със законите на движение на звената 5, профилът на гърбицата 4 е изпълнен така, че в допълнение в средата на всички възходящи и низходящи клонове има праволинейни наклонени участъци, при което ускоренията на изпълнителните звена 12 и/или 11 при движение на гърбицата в тези участъци са равни на нула. За предпочитане е праволинейните наклонени участъци да са равни помежду си. За предпочитане е големината на тези участъци да бъде избрана така, че ъгълът на завъртане φ на гърбицата при движение на изпълнителното звено по споменатите участъци да бъде различен от ъгъла на завъртане φ на гърбицата при движение на изпълнителното звено по праволинейните участъци във всяка изпъкналост на гърбичния профил. Така освен подобряване на термодинамичния цикъл и уравновесеността на двигателя, се подобрява равномерността при работа.

Допълнително за осигуряване на безударна работа на гърбичния двигател е предвидена връзка с непрекъснат контакт между работните повърхнини 13 и 13’ на пространствената гърбица 4 и контактните елементи 14 и 14’ на изпълнителните звена 5 при прехода от горно и долно мъртви положения, като е компенсирана монтажната хлабина между тях с фиг. 15, 16, 17 и 18). Контактните повърхнини 13 и 13’ на работния профил на пространствената гърбица 4 могат да се изработят по еднакви или по различни закони, като последните могат да имат различна големина на хода или различни фази на тактовете, или различна големина на хода и различни фази на тактовете. Пример за различна големина на хода схематично е показан на фиг. 14, където условно е прието, че преходът се извършва в горно и долно мъртво положение на буталата. При това контактните елементи 14 и 14’, монтирани на издатъците 10 на изпълнителните звена 5, са избрани така, че да намаляват триенето във връзката, в случая са търкалящи лагери. Контактните елементи 14 и 14’ са най-малко два на брой, всеки свързан към един и същ или към различни издатъци 10, като поне единият от тях е свързан към съответния издатък 10 чрез еластичен елемент 15 с възможност за предварителен натяг ((фиг. 16а и 166). Схематично една примерна контактна връзка в горна мъртва точка е показана на фиг. 15 за гърбица 4 с работен канал. Вижда се, че двата контактуващи лагера 14 и 14’, благодарение на еластичното окачване на единия от тях и ексцентрицитета на двете работни повърхнини 13 и 13’ на гърбичния канал, обират монтажната хлабина и преходът в мъртвата точка се извършва безударно. На фиг. 16а и 166 са по казани различни начини на изпълнение на еластичния елемент 15 с пружина и с деформируема втулка. Еластичният елемент 15 служи за обиране на грешките в профила и спомага за поддържане на постоянен контакт с работната повърхнина на гърбицата. На фиг. 17 е показано изпълнително звено 5 с два издатъка 10, на всеки от които е монтиран контактен елемент 14 или 14’. Такова изпълнително звено е пригодено за работа с гърбица 4, имаща профилна работна лента, която може да бъде с равна дебелина по продължението си във всяко сечение по оста на гърбицата. Тук едното стъпало на оста на еластично окачения контактен елеменат 14’ е изработена с ексцентрицитет Е, който се регулира за обиране на монтажната хлабина и за компенсиране износването и деформациите при експлоатация. На фиг. 18 е показано друго вариантно изпълнение, при което гърбицата 4 е съставна с един работен канал, като всяка част 4 и 4’ съдържа една от работните повърхнина 13 и 13’ на канала. Тук работните повърхнини на гърбицата 13 и 13’ са изместени една спрямо друга по оста на издатъка 10, така че всяка до контактува с един от контактните елементи 14 и 14’, които са разположени на оста на издатъка 10. При това вариантно изпълнение може профилите на повърхнините 13 и 13’ да бъдат изместени спрямо хода на изпълнителното звено 5, като оформят ексцентрицит Е, или оста на еластично окачения контактен елемент 14’ да бъде изработена с ексцентрицитет с възможност за регулиране. Когато законите, по които са изработени контактните повърхнини 13 и 13’, са изместени един спрямо друг по хода на изпълнителното звено 5, тогава еластичният елемент 15 трябва да има възможност за свободно деформиране само в границите на разликата по хода или ексцентрицитета Е.

Гърбичният двигател може да е снабден с механизъм за промяна степента на сгъстяване. Разглеждайки примерното изпълнение от фиг.1 с едностранно разположени бутално-цилиндрови групи и фиг. 19, този механизъм съдържа повдигащ възел 16, разположен съосно на вала 1 под или над гърбицата 4. В един вариант (фиг. 19) повдигащият възел 16 може да включва корпус 17. Към вътрешното чело на корпуса 17 е закрепена без възможност за превъртане спрямо него съосна опорна шайба

18, на челото на която са монтирани търкалящи елементи 19 в контакт с едното чело на съосна управляваща челна гърбица 20. За предпочитане е връзката между шайбата 18 и корпуса 17 да е изпълнена като сферична опора, за да се компенсират техническите неточности. Управляващата гърбица 20 е в контакт със задействащи средства 21, които в показания вариант са изпълнени като хидравлични цилиндри - зъбни рейки, за привеждането й в движение около оста на вала 1. Върху другото чело на управляващата гърбица 20 са разположени търкалящи елементи 22, които могат да бъдат гладки (фиг.20г и 20д) или профилирани (фиг.20 а-в) овални тела. Търкалящите елементи 22 са в контакт с едното чело на изпълнителна гърбица 23. По контактуващите с търкалящите елементи 22 челни повърхнини на управляващата гърбица 20 и/или на изпълнителната гърбица 23 може да има еднакви плавно съединяващи се вълнообразни падини и издатини, някои варианти на които са показани на фиг.20б-д. Изпълнителната гърбица 23 е осигурена срещу превъртане спрямо корпуса 17 и може да се придвижва с определен ход само осово. Върху другото чело на гърбицата 23 са разположени други търкалящи елементи 24 в контакт с едното чело на работната гърбица 4. Механизмът за промяна степента на сгъстяване освен това съдържа и възел 25 за аксиално преместване на гърбицата 4 (фиг.1,19, 21а, 216 и 22). Възелът 25 съдържа търкалящи елементи 26, които могат да бъдат с разнообразна форма, например сфери (фиг. 196) или ролки (фиг. 19а). Търкалящите елементи 26 са разположени в свързващ вала 1 и гърбицата 4 сепаратор с оформени надлъжни канали 27. Каналите 27 могат да бъдат успоредни на оста на вала 1 или под ъгъл, както е показано на фиг.22. Когато каналите 27 са разположени под ъгъл, при промяна в степента на сгъстяване в допълнение може да се влияе и върху отместване на фазите на газоразпределението. За предпочитане е върху срещуположното на повдигащия възел 16 чело на гърбицата 4 да действат еластични елементи, например натегнати пружини 28, за избягване на приплъзването при движение на работните търкалящи елементи 22 и връщането по посока на намаляване степента на сгъстяване. При едно друго примерно изпълнение на механизъм за управление степента на сгъстяване, особено подходящо за вграждане в гърбичен двигател с двустранно разположени бутално-цилиндрови групи, двигателят съдържа две работни гърбици 4А и 4Б, както е показано на фиг.23. Тук има два срещуположно действащи и самостоятелно управляеми механизми за управление степента на сгъстяване, разположени всеки в основата на съответната гърбица. Всеки повдигащ механизъм 16А и 16Б е изпълнен като едностранно действащ хидравличен цилиндър, чието бутало 29 е кухо и е осигурено срещу превъртане. В този случай на едностранно действащ съосен хидравличен цилиндър като задвижващо средство за връщане на гърбицата 4 в посока на намаляване степента на сгъстяване се използват газовите сили в цилиндрите 2 и еластичните елементи 28. В челото на буталото 29 е оформен фланец 30, носещ сепаратор с търкалящи тела 31 за осигуряване на непрекъснат контакт между буталото 29 на хидравличния цилиндър и съответната управляваща гърбица 4. Възможно е контактът между буталото 29 и гърбицата 4 да се осъществява през междинна шайба 32, разположена върху вала 1 с възможност за аксиално преместване и осигурена срещу превъртане и през дистанциращ прът 33, разположен успоредно на вала 1 с възможност за аксиално преместване. Така може да се осъществи промяна в степента на сгъстяване в цилиндри, разположени от всяка една или едновременно и двете страни на двигател с вътрешно горене съобразно нуждите, например при аксиално отдалечена от хидравличния цилиндър гърбица 4. Такъв е случаят например при две работни гърбици 4А и 4Б, където дистанциращият прът 33 преминава свободно, например през гърбицата 4А и въздейства върху втората гърбица 4Б, като я премества аксиално. За предпочитане е всеки две срещуположни изпълнителни звена 5 на гърбичен двигател с двустранно разположени бутално-цилиндрови групи да се водят всяко самостоятелно по общи водачи 6, снабдени със сепаратори 8.

На фиг.24а и 24б е показано едно примерно изпълнение, осигуряващо оптимален натяг между водачите 6 и телата 7 на изпълнителните звена 5. Всеки водач 6 е опрян към най-малко една площадка на картера 34 на двигателя поне с една своя повърхнина така, че да има възможност за странично преместване и е фиксиран към нея чрез скрепителни елементи 35, в случая винтове. Между два съседни водача 6 от две съседни изпълнителни звена 5 е разположен механизъм за натягане 36. Механизмът 36 се състои от разпорен винт 37 със специална конусна глава 38, навит в конусна втулка 39. Винтът 37 и втулката 39 влизат в съответни полугнезда на най-малко два разпорни елемента 40, опиращи всеки към един водач 6. В случая един трети разпорен елемент 40 опира в площадка на картера 34. При завиване на гайка 41 към винта 37 конусната му глава и конусната втулка 39 действат на разпорния елемент 40 така, че се притискат водачите 6 и се обират евентуални хлабини. На фиг.25а е показан един друг начин за обиране на хлабината между водачите 6 и телата 7 на изпълнителните звена 5. Тук между допирните повърхнини на картера 34 и всеки водач 6, в съответно гнездо е разположен с натяг цангов елемент 42. Елементът 42 представлява кръстообразно тяло, както е показано на фиг.25б. Прецизното водене по описаните по-горе линейни лагери на изпълнителните звена 5 дава възможност за оставяне на поголяма хлабина между буталото 3 и цилиндъра 2 за компенсиране на по-големи температурни разширения.

Гърбичният двигател може да е снабден и с механизъм за управление на газоразпределението с отместване на фазите, който да стабилизира термодинамичните характеристики на двигателя (фиг. 1,26-32). С него има възможност да се установят оптимални фази на газоразпределение в зависимост от промяната на степента на сгъстяване и оборотите на двигателя. Най-общо механизмът за управление на газоразпределението включва първичен вал 43, неподвижно свързан като продължение на работния вал 1. Първичният вал 43 може да задвижва например горивонагнетателна помпа, токоразпределител и др. Към първичния вал 43, съосно чрез регулатор 44 е свързан с възможност за аксиално и/или ъглово преместване вторичен кух вал 45. Към вала 45 чрез профилно съединение е свързан съосен гьрбичен блок на газоразпределението 46. Гърбичният блок 46 включва най-малко един гьрбичен профил 47 за изпускателния клапан 48 за случая, когато двигателят е двутактов. При четири тактовите двигатели съдържа два гьрбични профила, съответно и гьрбичен профил 49 за всмукателния клапан 50. Едно примерно изпълнение на механизъм за управление на газоразпределението с изпреварващо отместване на фазите за четиритактов двигател с ред на работа на цилиндрите по посока на въртене на гърбицата 4 е показано на фиг.1 и 26 а-г. Този механизъм съдържа регулатор 44 от центробежен тип, включващ палци 51 на първичния вал 43, активни тежести 52, палци 53 на вторичния вал 45 и пружини 54. Работният вал 1 е свързан неподвижно към първичния вал 43 чрез палците 51. Палците 51 са в подвижен контакт с канали с подходящ профил на активните тежести 52, в случая две, които чрез неподвижно свързаните към тях палци 53 са свързани с вторичния кух вал 45. Палци 51 и 53 са свързани помежду се чрез тарираните пружини 54. Така при покой и работа на двигателя с минимално устойчиви и близки до тях обороти активните тежести 52 са прибрани към вторичния кух вал 45. Първичният вал 43 и вторичният кух вал 45 са в покой един спрямо друг и се въртят с оборотите на работния вал 1. С увеличаване на оборотите на двигателя активните тежести 52 се отдалечават от оста под действието на центробежните сили до опиране в кожуха 55 на вторичния кух вал 45. Палците 51 се увличат по профилните канали на активните тежести 52, като разстоянието между палците 51 и 53 намалява, което резултира в преодоляване съпротивлението на пружините 54 и води до допълнително завъртане на вторичния вал 45 по отношение на първичния вал 43 по посока на въртенето. Съответно гърбичният блок 46, свързан към вала 45, променя първоначалното си положение спрямо максимумите и минимумите от работния профил на гърбицата 4. На фиг.27 а-в е показан регулатор 44’ на механизъм със закъсняващо отместване на фазите за същите двигател от фиг. 1. При този регулатор пружините 54’ свързват помежду им активните тежести 52’, като единият им край е захванат за палци 53’ на вторичния вал 45. При увеличаване на оборотите над определено число тежестите 52’ започват да се отварят, като преодоляват съпротивлението на пружините 54’. Палците 51’ на първичния вал 43 се плъзгат по профилните канали на активните тежести 52’, като раз стоянието между палците 5Г и палците 53’ се увеличава. Последното води до забавяне на завъртането на вторичния вал 45 по отношение на първичния вал 43 по посока на въртенето, а оттам - до закъснение на фазите на газоразпределение. На фиг.28 е показан друг механизъм за управление на газоразпределението от зъбен тип. Тук първичният вал 43” и вторичният вал 45” са свързани с профилно съединение с възможност за аксиално преместване, например шлици. Регулаторът 44” представлява двойнодействащ хидравличен цилиндър, който придвижва вторичния вал 45” аксиално. Профилното съединение между вторичния вал 45” и гьрбичния блок 46” на газоразпределението е с наклонени спрямо оста профили, например наколонени надясно или наляво шлици.

Така по команда от цилиндъра 44” валът 45” се придвижва аксиално спрямо първичния вал 43”. При движението си по оста валът 45” задвижва гьрбичния блок 46”. В резултат на наклона на профилите между тях блокът 46” изпреварва или закъснява при въртенето си спрямо вала 45”. Допълнителна възможност за регулиране отместването на фазите на газоразпределение има, ако профилното съединение между валовете 43” и 45” е също с наклонени аксиални профили. Както се вижда от фиг.29 а-в, гьрбичният блок 46 на газоразпределението може да бъде изпълнен съставен, като най-малко един от гьрбичните профили 47, 47А, 47В, 48, 48А или 48В е с възможност за задвижване от първичния вал 43. По този начин може по-рационално да се управлява началото и продължителността на процеса на газоразпледеление.

На фиг.ЗО е показан пример на четиритактов гърбичен двигател с газопазпределителен механизъм и ред на работа на работните цилиндри, противоположен на посоката на въртене на гърбицата 4. Въведен е реверсивен блок 56, показан на фиг.ЗЗ, за обръщане посоката на въртене на газоразпределителния механизъм, който блок 56 е разположен межуд работния вал 1 и първичния вал 43. Блокът 56 съдържа свързани конични предавки, така че движението от вала 1 се предава в обратна посока на първичния вал 43.

С въвеждането на такъв реверс всички работни клонове от профила на гърбицата 4 се натоварват активно. Така например за четирицилиндров двигател редът на работа на цилиндрите става 1-4-3-2, като всяка двойка съседни възходящ и низходящ клонове от работния профил на гърбицата 4 периодично преминават през всички работни тактове на всеки работен цилиндър. Това подобрява експлоатационният ресурс на двигателя. Както се вижда от фиг.ЗО, гьрбичният блок 46 на газоразпределението може да бъде изпълнен на базата на лостов множителен предавателен механизъм 57 за задвижване на клапаните 48 и 50. Тук регулаторът 44 е от центробежен тип. На фиг. 31а, 316 и 31в е показан гърбичен блок 46, където всмукателният 49 и изпускателният 47 гърбични профили могат да бъдат съставни по подобие на фиг.29а, 296 и 29в, като наймалко един от профилите 47, 47А, 47В, 48, 48А или 48В е свързан с първичния вал 43 на механизма за газоразпределение. На фиг.32 е показан двигателят от фиг.ЗО с кобиличен предавателен механизъм 58 за задвижване на клапаните 48 и 50. На фиг.34, 35а и 356 е показан двигател с механизма за управление на газоразпределението и реверсивен блок 59, разположен след регулатора от механизъм за управление на газоразпределението. Тук свързващите коничните зъбни колела 60А и 60В са сдвоени и съосни, като чрез тях може да се задвижват съосни разпределителни валове 61А и 61 В, на които са разположени гърбици 62 и 63, съответно за всмукателния 48 и изпускателния 50 клапан на работните цилиндри 2. Такова изпълнение на двигателя дава възможност за промяна на габаритите му и компоноване съобразно нуждите. Освен това самите разпределителни валове 61 могат да служат за задвижване на различни възли и агрегати от двигателя. Разбира се такъв двигател може да бъде изпълнен и без механизъм за управление на газоразпределението.

Гърбичният двигател съгласно изобретението може да бъде изпълнен и като двутактов. Такъв пример е показан на фиг.36 и 37. За предпочитане е цилиндровият блок, в който са разположени цилиндровите втулки 64 на работните цилиндри 2, да бъде оформен с горна 65 и долна 66 част, като във всяка част 65 и 66 има оформени радиални кухини, съответно 67 и 68, за циркулация на охлаждаща течност. Цилиндровият блок може да бъде изпъл нен монолитен или съставен. Около всеки работен цилиндър 2 в горната част 65 на цилиндровия блок има оформено херметизирано пространство 69, свързано чрез продухващи прозорци 70 с работната камера на цилиндъра 2. Прозорците 70 са оформени във всяка цилиндрова втулка 64. Пространството 69 непрекъснато се захранва със свежо работно вещество, например въздух, от компресор, например вграден в двигателя, като в него се създава надналягане, необходимо за очистване на работната камера от продуктите на горенето. В цилиндровата глава 71 са разположени средства за отвеждане 72 на изгорелите газове, в случая изпускателни клапани 72. За предпочитане е буталото 3 да бъде с допълнителен уплътняващ елемент 73 за предпазване изтичането на свежо работно вещество към пространството на картера и падане на налягането в пространството 69. Такъв двигател може да бъде изпълнен с едностранно или двустранно разположени цилиндри и да има всеки един от механизмите, описани по-горе. В сравнение с познатите двутактови коляномотовилкови двигатели предлаганият гьрбичен двутактов двигател с гърбица, изпълнена с профил съгласно изобретението, е по-ефективен и с подобрен термодинамичен цикъл, както се вижда от диаграмата на фиг. 386 в сравнение с диаграмата на фиг.38а.

Гърбичният двигател съгласно изобретението може да бъде изпълнен и със Стирлингов цикъл (фиг.39 и 40). На фиг.39 е показан такъв двигател, имащ две еднакви гърбици 4В и 4Г, разположени на работния вал 1, обърнати една срещу друга и дефазирани една спрямо друга на определен ъгъл. За предпочитане е ъгълът на дефазиране да бъде около ъгъла γ, в който се реализира всеки участък от кривата (фиг.42 и фиг.43). Работният профил на всяка гърбица 4В и 4Г е изпълнен като периодична крива, показана на фиг.41, с период Θ, като броят на периодите е повече от един. Както се вижда, всеки период със състои от три участъка, всеки реализиращ се в рамките на ъгъл γ. Участъците съответно са възходящ, праволинеен хоризонтален и низходящ, като всички участъци са равни по големина, а хоризонталните праволинейни участъци са включени само в едностранно разположениете изпъкнали части на кривата. Кривата на профила на вся ка гърбица може да отговаря на изискванията за равенство на ускоренията на изпълнителните звена 5, които са еднакво отдалечени от началото и/или средата на всеки възходящ и низходящ участък. За предпочитане изпълнителните звена 5 от всяка уравновесена група изпълнителни звена са с еднаква маса и са разположени равномерно около оста на гърбиците. Броят има около всяка гърбица е кратен на броя на всички участъци на кривата. Например около гърбица с два периода и имаща шест участъка могат да се разположат шест, дванадесет или осемнадесет и т.н. изпълнителни звена 5. Така се постига максимална уравновесеност както на двигателя като цяло, така и на изпълнителните звена около всяка гърбица. В един предпочитан вариант броят на изпълнителните звена 5 около всяка гърбица е два пъти по-голям от броя на участъците на кривата и шах и min стойности на ускоренията на изпълнителните звена 5, които са еднакво отдалечени от средата на всеки възходящ и низходящ участък са по-близо до началото и края на всеки участък, отколкото до средата му, така че max и min стойности на разликата от произведенията на първата и втората производни от началото и средата на всеки участък на закона за движение е минимална. Така се постига максимална равномерност при работата на двигателя. Разбира се и тук изпълнителните звена могат да бъдат групирани във възли 5”, които да формират поне една уравновесена група от възли 5”.

Двигателят от фиг.39 съдържа най-малко по един цилиндър 2В за постоянно висока и цилиндър 2Г за постоянно ниска температура, разположени един срещу друг в отделни цилиндрови блокове за всеки вид в случая около съответните гърбици 4В и 4Г на вала 1, който е кух. Работните пространства на цилиндрите 2Г за постоянно ниска температура са свързани с охладител 74. Евентуални течове на работно вещество, например хелий, могат да се събират в пространства 75, всяко от които е ограничено от бутало 38В или ЗГ, цилиндър 2В или 2Г и диафрагмено уплътнение 76, свързващо цилиндъра и буталото. Между цилиндрите 2Г за постоянно ниска температура е разположен съосен на вала 1 топлообменник 77 за охлаждане на охлаждащия агент, в случая вода. Топлообменникът 77 има изход към пространството, в което е разположен охладителят 74. Студеният окислител, в случая въздух, се подава през централния канал на вала 1. Валът 1 има канали 78 за студения въздух, свързани с пространството 79 около топлообменника 77. Пространството 79 е свързано с въртящ се подгревател 80, в случая чрез канали 81’ и 81” на вала 1. Подгревателят 80, освен за предварително загряване на въздуха, служи и за непрекъснато хомогенизиране на гориво-въздушната смес, тъй като е неподвижно свързан към и се върти заедно с вала 1 в пространството на горивната камера 82. Около вала 1 в пространството на горивната камера 82 са разположени цилиндрите 2В, всеки от които е снабден с нагревател 83 за нагряване на работното вещество. Нагревателят 83 е свързан с надбуталното пространство на цилиндъра 2В. Горивната камера 82 е снабдена с впръскван 84 за подаване на гориво и е свързана с колектор 85 за отвеждане на изгорелите газове. Надбуталните пространства на всеки два съосни цилиндъра 2В и 2Г са свързани и между тях е поставен регенератор 86, представляващ порест материал. В регенератора 86 се осъществява отдаване или приемане на топлина от работното вещество. В случая и двете гърбици 4В и 4Г са свързани със съответни механизми за промяна степента на сгъстяване, чиито повдигащи възли 16В и 16Г например са едностранно действащи хидравлични цилиндри. Гърбиците 4В и 4Г са свързани с вала 1 чрез съответни механизми за аксиално преместване 25В и 25Г. Каналите 27 на механизмите 25В и 25Г могат да бъдат прави или наклонени спрямо оста на вала 1. В случая наклонени канали поне на един от механизмите 25, освен промяна в степента на сгъстяване е възможно да се осъществи и допълнително дефазиране на работните профили на гърбиците 4В и 4Г един спрямо друг. При изпълнение на описаните по-горе условия предлаганият двигател работи с по-ефективен термодинамичен цикъл (фиг.44б) от класическия Стирлингов цикъл (фиг.44а). Ефектът от допълнителното дефазиране върху термодинамичния цикъл е показан на фиг.44в. По-добрата ефективност в последния случай се получава, защото сгъстяването или разширяването на работното вещество се извършва почти изцяло в зоните, където се отнема или отдава топлина, а приемане то или отдаването на топлина между регенератора 86 и работното вещество се извършва почти в неизменящ се обем.

Един друг възможен вариант на ефективен, уравновесен, равномерно работещ и лесно регулируем двигател със Стирлингов цикъл е показан на фиг.40. Този двигател работи с една гърбица 4 и както се вижда от фигурата, цилиндрите 2Д и 2Е, съответно за постоянно ниска и постоянно висока температура, са разположени равномерно един до друг през един около оста на двигателя. Централният ъгъл между осите на два съседни цилиндъра 2Д и 2Е от различен вид е равен на ъгъла γ на един участък от кривата на гърбицата. Надбуталните пространства на всяка двойка цилиндри 2Д и 2Е, разположени на ъгъл γ един спрямо друг, са свързани през регенератор (непоказано на фигурата). Тук поставянето на горивната камера при двигателите от Стирлингов тип между цилиндрите с постоянно висока температура води до съществено намаляване на габаритите и броя на детайлите на двигателя. Освен това загубите на ефективна топлина са по-малки.

Показаните примери служат само за илюстрация и не ограничават обхвата на изобретението, който се определя единствено от приложените претенции.

Claims

1. Гърбичен двигател, съдържащ работен вал, най-малко един гърбичен механизъм и най-малко един аксиален цилиндър, като всички цилиндри са разположени успоредно и са равноотдалечени от работния вал, а във всеки цилиндър е разположено най-малко едно бутало, свързано към гърбичния механизъм, съдържащ поне една цилиндрична пространствена гърбица, свързана съосно с работния вал и най-малко едно изпълнително звено с възможност за възвратно постъпателно движение, поне едно от които звена е свързано поне с едно бутало, движещо се в цилиндър, образувайки действително бутално звено, а всяко изпълнително звено е в контакт с възможност за придвижване поне по един от работните профили на пространствената гърбица, характеризиращ се с това, че всеки работен профил на пространствената гърбица (4) е изпълнен вълнооб разен така, че осигурява закон на движение на изпълнителните звена (5), непрекъснат поне до втората си производна в рамките на един оборот на гърбиците (4), при което при движението на изпълнителните звена (5) скоростите и ускоренията им в началото и в края на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата на профила на гърбицата (4) са равни по стойност, като екстремните стойности на ускоренията им са разположени в някоя от междинните точки на всеки низходящ и възходящ участък от периода.

2. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че вълнообразната крива на профила на гърбицата (4) е такава, че при движение на изпълнителните звена (5) ускоренията на еднакво отдалечените от началото на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата изпълнителни звена (5) са равни по стойност и противоположни по знак.

3. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че вълнообразната крива на профила на гърбицата (4) е такава, че при движение на изпълнителните звена (5) ускоренията на еднакво отдалечените от средата на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата изпълнителни звена (5) са равни по стойност и противоположни по знак.

4. Гърбичен двигател съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че шах и min стойности на ускоренията са по-близо до началото и края на всеки участък, отколкото до средата му, така че max и min стойности на разликата от произведенията на I и II производни от началото и средата на всеки участък от закона за движение е минимална.

5. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че вълнообразната крива на профила на гърбицата (4) е такава, че при движение на изпълнителните звена (5) скоростта и ускоренията им в началото и края на всеки възходящ и низходящ участък от периода на кривата са равни на нула.

6. Гърбичен двигател съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че поне в едностранно разположените изпъкнали части на кривата на профила на гърбицата (4) има праволинейни хоризонтални участъци, така че при движението си всяко изпълнително звено (5) остава неподвижно за период от време поне във всяко едноименно мъртво положение.

7. Гърбичен двигател съгласно претенция 3 и 5, характеризиращ се с това, че във всяка изпъкнала част на кривата на профила на гърбицата (4) има хоризонтален праволинеен участък и в средата на всеки възходящ и низходящ участък на кривата на профила има праволинейни наклонени участъци, при което ускоренията на изпълнителните звена (5) при движението им по всички праволинейни участъци са равни на нула.

8. Гърбичен двигател съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че праволинейните хоризонтални участъци от кривата на профила на гърбицата (4) са равни помежду си по продължителност при едни и същи ъгли на завъртане на гърбицата (4).

9. Гърбичен двигател съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че праволинейните хоризонтални участъци са включени в едностранно разположените изпъкнали части на кривата на профила на гърбицата (4), като възходящият, низходящият и разположеният .между тях хоризонтален праволинеен участъци на всеки период са равни по продължителност при едни и същи ъгли на завъртане на гърбицата (4).

10. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че изпълнителните звена (5) формират поне една уравновесена група от изпълнителни звена (5) с еднаква маса или са съчетани във възли (5”), като всички възли (5”) са с еднакъв брой еднакво разположени помежду си звена (5) и формират поне една уравновесена група от възли (5”) с еднаква маса.

11. Гърбичен двигател съгласно претенции 2 и 3, характеризиращ се с това, че:

а) броят на изпъкналите части на кривата на профила на гърбицата (4) е четен и не по-малък от четири и тези части са равномерно разположени около оста на гърбицата (4);

б) изпълнителните звена (5) от всяка уравновесена група са равномерно разположени около оста на гърбицата (4) и масите им са равни помежду си;

в) броят на изпълнителните звена (5) е четен; и

г) броят на изпъкналите части на кри вата на профила на гърбицата (4) е кратен на броя на изпълнителните звена (5), като половината от броя на изпъкналите части е нечетно число.

12. Гърбичен двигател съгласно претенции 2 и 3, характеризиращ се с това, че:

в) броят на изпълнителните звена (5) е кратен на четири;и

г) половината от броя на изпъкналите части на кривата на профила на гърбицата (4) е четно число, което не е кратно на броя на изпълнителните звена (5).

13. Гърбичен двигател съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че броят на периодите от кривата на профила на гърбицата (4) е повече от един, а броят на изпълнителните звена (5), разположени равномерно около всяка гърбица (4) е кратен на броя на всички низходящи, възходящи и хоризонтални праволинейни участъци от кривата на профила.

14. Гърбичен двигател съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че броят на изпълнителните звена (5) е два пъти по-голям от броя на изпъкналите части от кривата на профила на гърбицата (4).

15. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че буталните изпълнителни звена (5) са свързани с едно бутало и поне едно бутало (3) към изпълнително звено (5) е разположено противоположно на останалите бутала (3).

16. Гърбичен двигател съгласно претенции 4 и 13, характеризиращ се с това, че броят на изпълнителните звена (5) е два пъти поголям от броя на участъците от кривата на профила на гърбицата (4).

17. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че всяко изпълнително звено (5) съдържа тяло (7), което има най-малко един издатък (10) за придвижване по профила на гърбицата (4), като тялото (7) е в контакт с възможност за въз вратно-постъпателно движение с водачи (6), при което между водачите (6) и тялото (7) е разположен сепаратор (8) с търкалящи елементи (9).

18. Гърбичен двигател съгласно претенция 17, характеризиращ се с това, че съдържа най-малко два контактни елемента (14,14’), всеки свързан към един и същ или към различни издатъци (10) чрез еластичен елемент (15) с възможност за предварителен натяг.

19. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че съдържа механизъм за промяна степента на сгъстяване, включващ повдигащ възел (16), разположен съосно с вала (1) и контактуващ челно с гърбицата (4), и възел за аксиално преместване (25), разположен между вала (1) и гърбицата (4).

20. Гърбичен двигател съгласно претенция 19, характеризиращ се с това, че възелът за аксиално преместване (25) съдържа сепаратор с търкалящи елементи (26), свързващ вала (1) и гърбицата (4), като сепараторът (26) има оформени надлъжни канали (27), разположени успоредно или под ъгъл спрямо оста на вала (1).

21. Гърбичен двигател съгласно претенция 19, характеризиращ се с това, че повдигащият възел (16) включва осигурена срещу превъртане опорна шайба (18), свързана с управляваща челна гърбица (20) чрез търкалящи елементи (19), като другото чело на управляващата челна гърбица (20) контактува с чело на осигурена срещу превъртане изпълнителна гърбица (23) чрез други търкалящи елементи (22), като другото чело на изпълнителната гърбица (23) контактува с едното чело на гърбицата (4) чрез други търкалящи елементи (24), при което контактуващата с търкалящите елементи (22) челна повърхнина на управляващата челна гърбица (20) и/или на изпълнителната гърбица (23) е вълнообразна или равнинна.

22. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че съдържа средства за разпределение и подаване (48) и/ или средства за отвеждане (50) на работно вещество и механизъм за управление на газоразпределението на средствата за подаване (48) и/или средствата за отвеждане (50) с отместване на фазите, свързан към вала (1).

23. Гърбичен двигател съгласно претен ция 22, характеризиращ се с това, че механизмът за управление на газоразпределението съдържа първичен вал (43), неподвижно свързан като продължение на вала (1), вторичен кух вал (45), разположен около първичния вал (43) с възможност за аксиално и/или радиално преместване относно първичния вал (43) съосен регулатор (44) за аксиално и/или радиално преместване на вторичния кух вал (45), и съосен гърбичен блок (46) за управление на средствата за подаване (48) и отвеждане (50), свързан с възможност за аксиално преместване чрез профилно съединение с кухия вал (45).

24. Гърбичен двигател съгласно претенция 23, характеризиращ се с това, че регулаторът (44) е центробежен тип.

25. Гърбичен двигател съгласно претенция 23, характеризиращ се с това, че регулаторът (44) е двойно действащ хидравличен цилиндър за аксиално придвижване на кухия вал (45), а профилното съединение между гьрбичния блок (46) и кухия вал (45) е с наклонени спрямо оста канали.

26. Гърбичен двигател съгласно претенция 23, характеризиращ се с това, че освен това съдържа и реверсивен блок (56) за обръщане посоката на въртене на първичния вал (43).

27. Гърбичен двигател съгласно претенция 26, характеризиращ се с това, че реверсивният блок (56) е разположен между регулатора (44) и гьрбичния блок (46), като свързващите предавки (60А, 60В) са сдвоени и съосни с разпределителни валове (61А.61В), на които е разположена най-малко една гърбица (63) за управление поне на средството за отвеждане (50).

28. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че съдържа средства за отвеждане (72) на работно вещество, като цилиндровият блок, в който са разположени цилиндрови втулки (64) на цилиндрите (2), е оформен с горна (65) и долна (66) части, във всяка от които има оформени кухини (67,68) за циркулация на охлаждаща течност, като в горната (65) част, в близост до долната (66) част, около всеки цилиндър (2) е оформено херметично пространство (69), захранвано с работно вещество с надналягане, свързано чрез продухващи прозорци (70) на всяка цилиндрова втулка (64) с работната ка мера на цилиндъра (2).

29. Гърбичен двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че контактните повърхнини (13, 13’) на работния профил на гърбицата (4) са изработени по различни закони с различна големина на хода или с различни фази на тактовете, или с различна големина на хода и различни фази на тактовете.

30. Гърбичен двигател съгласно претенция 23, характеризиращ се с това, че гьрбичният блок (46) за управление на средствата за подаване (48) и отвеждане (50) е изпълнен съставен от съосни части така, че поне една част е свързана с възможност за аксиално преместване чрез профилно съединение с първичния вал (43).

31. Гърбичен двигател съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че аксиалните цилиндри (2) са най-малко два, по един цилиндър (2В или 2Е) за постоянно висока и съответен цилиндър (2Г или 2Д) за постоянно ниска температура, чиито надбутални пространства са свързани с регенератор (86), като надбуталните пространства на цилиндрите (2В или 2Е) за постоянно висока температура са свързани с горивна камера (82), разположена между тях и снабдена с впръскван (84) за гориво и свързана с колектор (85) за отвеждане на изгорелите газове, а надбуталните пространства на цилиндрите (2Г или 2Д) за постоянно ниска температура са свързани с охладител (74), разположен между тях, при което работният вал (1) е кух за подаване в горивната камера (82) на окислител, служещ и за охлаждане на охлаждащия агент в охладителя (74).

32. Гърбичен двигател съгласно претенция 31, характеризиращ се с това, че цилиндрите (2В) за постоянно висока и (2Г) за постоянно ниска температура са разположени един срещу друг в отделни цилиндрови блокове за всеки вид, чиито бутала са свързани със съответни гърбици (ЗВ и 4Г), обърнати огледално една срещу друга с праволинейните си хоризонтални участъци.

33. Гърбичен двигател съгласно претенция 32, характеризиращ се с това, че гърбиците (4В и 4Г) са дефазирани ъглово една спрямо друга.