РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в роторных двигателях внутреннего сгорания транспортных средств.

Известны роторные двигатели внутреннего сгорания с планетарным движением ротора-поршня, выполненные по схеме Ф.Ванкеля.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый разъемный корпус со средствами газораспределения, в полости которого соосно с ней размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, жестко закрепленные на коаксиальных валах, механизм, синхронизирующий движение поршней и кинематически связывающий посредством эксцентриков и шатунов коаксиальные валы с выходным валом.

Недостатками такого двигателя являются невысокая его надежность и низкий механический КПД из-за наличия зубчатых зацеплений и большого количества шарнирных соединений с подшипниками скольжения относительно небольшого диаметра, в которых действуют значительные удельные давления.

Цель изобретения - повышение надежности и механического КПД двигателя.

Это достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем полый разъемный корпус со средствами газораспределения, в полости которого соосно с ней размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, жестко закрепленные на коаксиальных валах, механизм, синхронизирующий движение поршней и кинематически связывающий посредством эксцентриков и шатунов коаксиальные валы с выходным валом, согласно изобретению в механизме синхронизации движения поршней эксцентрики жестко установлены на коаксиальных валах, выходной вал выполнен совместно с диском с эксцентрично расположенным в нем цилиндрическим отверстием, сопряженным с шатунами, выполненными в виде дисков, с эксцентрично расположенными цилиндрическими отверстиями, сопряженными с эксцентриками коаксиальных валов, причем шатуны и эксцентрики размещены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось коаксиальных валов и ось отверстия в диске выходного вала, а сумма эксцентриситетов отверстия в диске выходного вала и оси выходного вала относительно оси коаксиальных валов меньше суммы эксцентриситетов каждого эксцентрика и отверстия каждого шатуна относительно оси отверстия в диске выходного вала.

Кроме того, на сопряженных цилиндрических поверхностях кинематической цепи механизма синхронизации движения поршней установлены подшипники качения.

На фиг.1 изображен роторный двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема основных геометрических соотношений механизма синхронизации движения поршней; на фиг. на фиг.5-7 - схемы термодинамических процессов.

Двигатель содержит корпус 1, имеющий цилиндрическую полость 2, окно 3 для впуска горючей смеси, окно 4 для выпуска отработанного газа, электрическую свечу 5 зажигания. Корпус 1 закрыт крышками 6 и 7. В корпусе 1 и крышках 6 и 7 имеются сообщающиеся полости 8 для охлаждающей жидкости.

Соосно с полостью 2 размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни 9 и 10 с газовыми и масляными уплотнениями 11 - 15. Поршни 9 и 10 жестко закреплены на коаксиальных валах 16 и 17, установленных на подшипниках 18-21 качения.

Механизм синхронизации движения поршней включает эксцентрики 22 и 23, жестко закрепленные на коаксиальных валах 16 и 17, сопряженные с помощью подшипников 24 и 25 качения с эксцентрично расположенными цилиндрическими отверстиями шатунов 26 и 27, выполненных в виде дисков и сопряженных с помощью подшипников 28 и 29 качения с эксцентрично расположенным цилиндрическим отверстием, выполненным в диске 30, который изготовлен совместно с выходным валом 31 и соосно с ним. Выходной вал 31 опирается на подшипники 32 качения. Ось выходного вала 31 параллельно смещена относительно оси коаксиальных валов 16 и 17.

В исходном положении синхронизирующего механизма (фиг.4) шатуны 26 и 27 и эксцентрики 22 и 23 размещены симметрично относительно плоскости О₁О₅, проходящей через ось О₁ коаксиальных валов 16 и 17 и ось О₅ цилиндрического отверстия в диске 30 выходного вала 31, а сумма эксцентриситетов цилиндрического отверстия О₅ в диске 30 выходного вала 31 (О₅О₂) и оси О₂ выходного вала 31, относительно оси О₁ коаксиальных валов 16 и 17 (О₂О₁) меньше суммы эксцентриситетов каждого эксцентрика 22 или 23 (О₃О₁ или О₄О₁) и цилиндрического отверстия каждого шатуна 26 или 27 относительно оси О₅ цилиндрического отверстия в диске 30 выходного вала 31 (О₃О₅ или О₄О₅), т.е. О₅О₂+ О₂О₁< О₃О₁ (или О₄О₁)+О₃О₅ (или О₄О₅).

Итак, механизм синхронизации движения поршней 9 и 10 представляет собой сочетание двух плоских рычажных механизмов, размещенных в параллельных плоскостях. Рычажные механизмы - это шарнирные двухкривошипные четырехзвенники (О₁О₃, О₃О₅, О₅О₂, О₂О₁ и О₁О₄, О₄О₅, О₅О₂, О₂О₁), имеющие
общий кривошип О₂О₅ и звено О₁О₂.

Роторный двигатель работает следующим образом (фиг.4-7).

В цилиндрической полости 2 корпуса 1 образовано четыре рабочих объема I-IV, ограниченных плоскими рабочими поверхностями поршней 9 и 10, цилиндрическими поверхностями полости 2 и поршней 9 и 10, внутренними плоскими поверхностями крышек 6 и 7. Герметизируются рабочие объемы газовыми и масляными уплотнениями 11-15.

В работающем двигателе при равномерном вращении выходного вала 31 благодаря смещению его оси О₂ (фиг.4) относительно оси О₁ коаксиальных валов 16 и 17 последние вращаются неравномерно. Оси О₃ и О₄ эксцентриков 22 и 23 двигаются относительно оси О₁ по траектории К. Ось О₅ шатунов 26 и 27 и эксцентрично расположенного в диске 30 цилиндрического отверстия двигается по траектории Л. При неравномерном вращении коаксиальных валов 16 и 17 также неравномерно вращаются поршни 9 и 10, жестко закрепленные на этих валах, следовательно, рабочие объемы двигателя циклически изменяются от минимального до максимального значения и наоборот, что позволяет совместно с окнами 3 и 4 газораспределения и свечой 5 зажигания осуществлять в каждом рабочем объеме термодинамические процессы, свойственные двигателям внутреннего сгорания.

При увеличении рабочего объема 1 (фиг.5) его заполняет через окно 3 горючая смесь, приготовленная в карбюраторе. В дальнейшем при вращении лопастных поршней 9 и 10 происходит сжатие рабочей смеси и ее перемещение в зону установки свечи 5 зажигания (фиг.6). При подаче электрического разряда свечой 5 зажигания рабочая смесь воспламеняется и сгорает с выделением большого количества тепла. Вследствие нагрева газа давление в рабочем объеме резко возрастает, начинается процесс расширения (рабочий ход). Механизм синхронизации движения поршней трансформирует суммарные силы, действующие на плоские поверхности поршней 9 и 10, в крутящий момент на выходном валу 31. В дальнейшем при перемещении рабочего объема он совмещается с окном 4 (фиг. 7) и начинается процесс выпуска отработанного газа при уменьшении рабочего объема. Дальше на рабочем объеме 1 описанные процессы повторяются. Такие же процессы и в той же последовательности протекают и в остальных трех рабочих объемах. Следовательно, за каждый оборот выходного вала 31 в двигателе совершается четыре рабочих хода.

Двигатель хорошо уравновешен, так как неуравновешенные массы совершают вращательное движение и сосредоточены относительно близко их осей вращения, что позволяет их легко уравновесить.

Двигатель охлаждается жидкостью, циркулирующей в полостях 8.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет значительно упростить конструкцию роторного двигателя, применить шарниры с относительно большими поверхностями контакта и низкими удельными давлениями и установить в шарнирах подшипники качения, что позволило существенно повысить надежность и механический КПД роторного двигателя внутреннего сгорания.

Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит полый разъемный корпус с торцовыми крышками и средствами газораспределения, в полости которого соосно с ней размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, жестко закрепленные на коаксиальных валах, механизм синхронизирующий движение поршней, кинематически связывающий посредством эксцентриков и шатунов коаксиальные валы с параллельным им выходным валом. В механизме синхронизации движения поршней эксцентрики жестко установлены на соответствующих коаксиальных валах. Выходной вал выполнен совместно с диском эксцентрично расположенным цилиндрическим отверстием, сопряженным с шатунами, выполненными в виде дисков с эксцентричными цилиндрическими отверстиями, сопряженными с эксцентриками коаксильных валов, причем шатуны и эксцентрики расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось коаксиальных валов и ось отверстия выходного вала, а сумма эксцентриситетов цилиндрического отверстия выходного вала и оси выходного вала относительно оси коаксиальных валов меньше суммы эксцентриситетов каждого эксцентрика и цилиндрического отверстия шатуна, относительно оси отверстия выходного вала. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий полый разъемный корпус с торцевыми крышками и средствами газораспределения, в полости которого соосно с ней размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, жестко закрепленные на коаксиальных валах, механизм, синхронизирующий движение поршней, кинематически связывающий посредством эксцентриков и шатунов коаксиальные валы с параллельным им выходным валом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и механического КПД двигателя, в механизме синхронизации движения поршней эксцентрики жестко установлены на коаксиальных валах, выходной вал выполнен совместно с диском с эксцентрично расположенным цилиндрическим отверстием, сопряженным с шатунами, выполненными в виде дисков с эксцентричными цилиндрическими отверстиями, сопряженными с эксцентриками коаксиальных валов, причем шатуны и эксцентрики расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось коаксиальных валов и ось отверстия выходного вала, а сумма эксцентриситетов цилиндрического отверстия выходного вала и оси выходного вала относительно оси коаксиальных валов меньше суммы эксцентриситетов каждого эксцентрика и цилиндрического отверстия шатуна относительно оси отверстия выходного вала. 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что на сопряженных цилиндрических поверхностях кинематической цепи механизма синхронизации движения поршней установлены подшипники качения.