РОТОРНЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к роторно-поршневым двигателям с двухэпитрохоидальным профилем рабочей камеры.

Известен роторно-поршневой двигатель с двухэпитрохоидальным профилем рабочей камеры, которая снабжена удвоенным количеством впускных и выпускных окон, установленных в торцовой крышке рабочей камеры.

Известен роторно-поршневой двигатель двухтактного типа, в котором удвоенное количество впускных и выпускных окон установлено в обеих торцовых крышках. Окна установлены противоположно одно другому, расположены между собою по вращению ротора и закрываются дисковыми золотниками, установленными на эксцентриковом валу.

Однако достижение экономичной работы такого двигателя невозможно в результате возникновения плоского потока воздуха из впускных окон в выпускные.

При поперечном потоке воздуха в противоположно расположенные окна, что известно из различных технических решений, несмотря на значительное увеличение сечения впускных и выпускных окон растет коэффициент продувки рабочих камер, увеличивающий расход топлива. Одновременно происходит образование непродутых мешков.

Установка дисковых золотниковых клапанов между проставками и торцовыми крышками по обе стороны вращающегося поршня несмотря на увеличение размера впускных и выпускных окон и увеличение времени продувки рабочих камер не дает положительных результатов. Кроме этого, после закрытия впускных окон дисковым золотником и уменьшения объема рабочей камеры при сжатии рабочего тела происходит его отсечение боковой поверхностью вращающегося поршня, который своей торцовой поверхностью перекрывает каналы впускных окон. Количество отсекаемого рабочего тела за один оборот кругового поршня прямо пропорционально степени сжатия (в момент отсечения) и объему впускных каналов.

Целью изобретения является улучшение экономичности роторного двигателя и улучшение продувки и наполнения рабочих камер.

Это достигается путем изменения расположения впускных и выпускных окон.

В результате изменения направления потока воздуха при продувке и наполнении рабочих камер движение свежего воздуха будет следовать по направлению вращения кругового поршня за потоком отработавших газов, сокращая расход свежего воздуха при продувке рабочих камер.

На фиг. 1 показан роторный двигатель; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг. 3 - pазpез А-А на фиг.1; на фиг.4 - узел II на фиг.3; на фиг.5 - дополнительная уплотнительная пластина; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.7 - устройство впускного золотникового клапана.

Корпус двигателя состоит из торцовой крышки 1, проставки 2, дополнительной крышки 3 и расположенной между торцовой крышкой 1 и проставкой 2 рабочей камеры 4 с внутренней поверхностью 5.

На одной оси с геометрически средней точкой внутренней поверхности 5 рабочей камеры 4 в торцовой крышке 1 и проставки 2 посредством подшипников скольжения 6 и 7 установлен эксцентриковый вал 8 с эксцентриком 9. На эксцентрике 9 установлен круговой поршень 10 (в дальнейшем именуемый ротор), лежащий на подшипниках 11 и 12.

Ротор 10 имеет форму треугольника, вершины которого снабжены уплотнительными пластинами 13 и дополнительными пластинами 14. При этом основные уплотнительные пластины 13 установлены на постоянном радиусе вращения ротора 10. Дополнительные пластины 14 установлены на левом плече ротора 10 при вращении ротора вправо на переменном радиусе вращения. В целях предохранения пластин 14 от защемления при изменении радиуса вращения их подъем ограничен в заданных пределах посредством установки ограничительных винтов 15. Дополнительные пластины 14 снабжены прорезями 16, через которые проходят ограничительные винты 15. Дополнительные пластины 14 могут быть установлены в неподвижных тонкостенных рамках, улучшающих работоспособность пластин.

Ротор 10 снабжен шлицевыми канавками и колодцами для установки уплотнительных пластин и спиральных пружин 17, удерживающих уплотнительные пластины в верхнем положении. Колодцы для установки пружин снабжены каналами для подвода смазки.

Дополнительные пластины 14 установлены перед основными пластинами 13 на расстоянии, которое превышает высоту впускных окон 20 рабочей камеры.

Направление вращения эксцентрикового вала 8 и ротора 10 правое. Отношение оборотов между ротором 10 и эксцентриковым валом 8 составляет 1:3 и осуществляется посредством передаточного механизма, который состоит из внешней шестерни 18 и внутренней шестерни 19. Внешняя шестерня 18 выполнена на поверхности фланца передней проставки 2. Внутренняя шестерня 19 выполнена в торцовой проточке ротора 10.

Рабочая камера 4 корпуса двигателя снабжена впускными 20 и выпускными 21 окнами.

Наружная поверхность корпуса двигателя снабжена приливами 22, расположенными с противоположных сторон корпуса двигателя по вращению ротора.

Удвоенное количество впускных окон 20 (фиг.3) и выпускных окон 21 (фиг. 6) расположено диагонально между собою по вращению ротора в обеих половинах двухэпитрохоидной камеры. Впускные окна 20 установлены в рабочей камере 4 и расположены вдоль продольной оси двигателя в виде щелей. Выпускные окна 21 установлены в передней торцовой крышке, состоящей из проставки 2 и дополнительной крышки 3. Открытие впускных окон 20 осуществляется золотниковыми клапанами 23, установленными в каналах приливов корпуса двигателя вдоль продольной оси двигателя. Закрытие выпускных окон 21 производится дисковым золотником 28, установленным на эксцентриковом валу 8 между проставкой 2 и передней торцовой крышкой 3. Проставка 2 снабжена расточкой для установки дискового золотника 28. Проставка 2 и дополнительная крышка 3 снабжены отверстиями для установки воздухоподводящих каналов 24 и каналов выпускных окон 21, закрываемых дисковым золотником 28. Эти, отверстия проставки 2 со стороны дополнительной крышки 3 имеют расточки для установки кольцевых уплотнителей дискового золотника 28 и для установки буртиков воздухоподводящих каналов. Дополнительная крышка 3 также снабжена расточками для кольцевого уплотнения выпускных окон 21.

Дисковый золотник 28 (фиг.6), установленный на эксцентриковом валу 8 посредством шпонки 29, снабжен прорезью 40 для открытия выпускных окон 21 рабочей камеры 4. Герметизация выпускных окон 21 обеспечивается кольцевыми вставками 41, установленными с обеих сторон дискового золотника 28 в расточках проставки 2 и дополнительной крышки 3 вокруг выпускных окон 21. Уплотнительные вставки 41 давлением газа прижимаются к дисковому золотнику 28. Зазор между вставкой 41 и расточкой герметизируется разрезным кольцом 42 поршневого типа (фиг.2). Устройство золотниковых клапанов.

В каналах приливов 22, соединенных впускными окнами 20 с рабочей камерой 4, с противоположных сторон торцовой поверхности корпуса двигателя установлены два цилиндрических стакана один поверх другого. При этом вращающийся стакан, являющийся золотниковым клапаном 23, установлен со стороны задней торцовой крышки 1 (фиг.7). Неподвижный цилиндрический стакан, являющийся воздухоподводящим каналом 24, установлен со стороны передней крышки 3 в проставке 2 и удерживается в заданном положении штифтами 27, установленными в отверстиях дополнительной крышки 3.

Воздухоподводящие каналы 24 снабжены окнами 25 и буртиками 26 (фиг. 6 и 7), которые в свою очередь снабжены отверстиями для установки штифтов 27 и вырезами для прохождения дискового золотника 28. Окна 25 воздухоподводящих каналов 24 расположены параллельно с окнами 20 и соединяются между собой посредством окон 30 золотникового клапана 23.

Высота окон 30 (длина прорези по окружности клапана) превышает высоту окон 20 рабочей камеры 4 в два-три раза.

Впускные золотниковые клапаны 23 снабжены системой уплотнения, выполненной в каналах приливов 22 корпуса двигателя в виде самоподвижных пластин 31 с ленточными пружинами 32, установленными в шлицах каналов корпуса двигателя. Торцовые поверхности золотникового клапана 23 герметизируются разрезными кольцами 33, установленными в расточках торцовой крышки 1 и проставки 2. Наружная цилиндрическая поверхность впускного клапана 23 снабжена канавкой со стороны торцовой крышки 1 и проточкой наружной поверхности юбки клапана со стороны торцовой крышки 3. Впускные золотниковые клапаны снабжены осями для установки приводных шестерен 34.

Приводные шестерни 34 (фиг. 1) золотниковых клапанов 23 находятся в постоянном зацеплении с ведущей шестерней 35 эксцентрикового вала 8 и удерживается шпонками 36. Вращение эксцентрикового вала и золотниковых клапанов синхронное и составляет 1:1. Впускные золотниковые клапаны установлены на подшипниках 37 и 38. Продольное смещение впускных клапанов 23 ограничено крышками 39.

Свежий воздух для продувки рабочих камер при подаче топлива форсункой на сжатии рабочего тела или рабочая смесь топлива с воздухом подается по патрубкам 43. Выпуск отработавших газов производится по патрубкам 44 (фиг. 1).

Свечи зажигания 45 (фиг. 3) установлены в средней части корпуса двигателя в камерах сжатия. Корпус двигателя снабжен водяной рубашкой охлаждения.

Работа двигателя.

Ротор 10, установленный в рабочей камере 4 на эксцентрик 9 эксцентрикового вала 8, вращаясь вокруг своей оси и обкатываясь внутренней шестерней 19 вокруг неподвижной внешней шестерни 18, постоянно делит рабочую камеру 4 на три изолированные камеры и изменяет ее объемы.

При увеличении объемов рабочей камеры 4 и при закрытых впускных окнах 20 и выпускных окнах 21 происходит рабочий ход ротора 10.

При открытии выпускных окон 21 происходит свободный выпуск отработанных газов, с открытием впускных окон 20 - продувка и наполнение рабочих камер.

При уменьшении объема рабочей камеры 4 и закрытии выпускных окон 21 и впускных окон 20 в нижней или верхней половине происходит сжатие рабочего тела и перемещение его в камеру сжатия, где происходит зажигание рабочего тела свечами зажигания 45.

Выпуск отработанных газов происходит при открытии выпускных окон 21 при повороте ротора 10 примерно на 70^о от минимального объема рабочей полости. Продувка и наполнение рабочих камер протекает при повороте ротора 10 примерно на 35-40^о после открытия впускных окон 20 рабочей камеры 4.

Закрытие впускных окон 20 производится после выпускных окон 21 при подходе следующей вершины ротора 10 к проемам впускных окон 20 рабочей камеры 4.

Устранение перетекания газов из одной смежной камеры в другую при переходе вершин ротора 10 через проемы закрытых впускных окон 20 производится уплотнительными пластинами 13 и 14.

При пересечении каналов над поверхностью закрытых впускных окон от начала движения пластины 13 над поверхностью каналов до ее полного перехода через образующиеся каналы разделение смежных полостей производится за счет контакта пластины 14 с внутренней рабочей поверхностью камеры 4.

Дополнительные пластины 14 с ограниченным подъемом установлены на левых плечах ротора 10, закругление плеч ротора 10 аналогично закруглению внутренней поверхности 5 рабочей камеры 4.

Когда вершина ротора 10 пересекает проемы впускных окон 20, левые плечи вершины ротора находятся на наименьшем расстоянии от рабочей поверхности 5. В результате этого отсекаемое количество рабочего тела в проемах впускных окон после прохождения вершины ротора над закрытыми окнами очень мало.

После пересечения каналов впускных окон 20 в результате движения поршня и изменения его положения относительно внутренней рабочей поверхности 5 левое плечо вершины ротора меняет свое положение, а пластина 14 теряет контакт с внутренней рабочей поверхностью, отсеченная рабочая смесь, соединившись с общей догорающей массой рабочего тела, сгорает.

Рабочий процесс в полостях, прилегающих к соседним граням ротора 10, происходит со сдвигом по фазе на 60^о поворота ротора 10 или 180^оповорота эксцентрикового вала 8 двигателя.

За один оборот ротора 10 или за три оборота эксцентрикового вала 8 происходит шесть рабочих ходов.

Поток свежего воздуха или рабочей смеси следует по вращению ротора 10 за потоком отработавших газов до подхода к выпускным окнам 21. В результате этого расход воздуха или рабочего тела для продувки и наполнения рабочих камер значительно ниже, чем при других известных схемах газообмена двухтактных роторных двигателей.

В результате уменьшения потерь рабочего тела предложенный двигатель будет более экономичным. Расположение впускных и выпускных окон на одной торцовой крышке делает двигатель более компактным. Все эти данные говорят о том, что предлагаемая конструкция роторного двигателя будет более совершенна, а сам двигатель как более экономичный и менее металлоемкий найдет широкое применение в народном хозяйстве, в том числе и в автотранспорте.

Сущность изобретения: роторный двухтактный двигатель содержит корпус с двухэпитрохоидной рабочей камерой, впускные и выпускные каналы с окнами, регулируемые впускными и выпускными золотниковыми клапанами, ротор-поршень, установленный на эксцентрике выходного вала, радиальные уплотнения. Корпус двигателя снабжен приливами, в которых выполнены выпускные каналы и окна, расположенные параллельно оси двигателя. Выпускные золотниковые клапаны выполнены в виде полых цилиндров со сквозными отверстиями, выполненными на цилиндрической части, а выпускные - в виде дисковых золотников. Радиальные уплотнения имеют дополнительные уплотнительные пластины, установленные у вершин ротор-поршня. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус с двухэпитрахоидной рабочей камерой, впускные и выпускные каналы с окнами, регулируемые впускными и выпускными золотниковыми клапанами, ротор-поршень, установленный на эксцентрике выходного вала, радиальные уплотнения, отличающийся тем, что корпус двигателя снабжен приливами, в которых выполнены впускные каланы и окна, расположенные параллельно оси двигателя, впускные золотниковые клапаны выполнены в виде полых цилиндров со сквозными отверстиями, выполненными на цилиндрической части, а выпускные - в виде дисковых золотников, радиальные уплотнения имеют дополнительные уплотнительные пластины, установленные у вершин ротора-поршня. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что окна во впускных золотниковых клапанах выполнены высотой, превышающей высоту впускных окон в приливах корпуса в 2 - 3 раза. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительные уплотнительные пластины установлены перед основной пластиной с возможностью радиального перемещения и ограничения этого перемещения с помощью винтов.