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

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к роторным двигателям.

Известен двигатель внутреннего сгорания с лопастным ротором и размещенной в статоре системой газораспределения и воспламенения горючей смеси [1] . Основным недостатком такого двигателя является наличие традиционной системы газораспределения, которая требует для своей работы значительных энергетических и массогабаритных затрат. Это снижает мощность двигателя, ухудшает его весовые и габаритные характеристики.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор и два соосно установленных двухлопастных ротора, один из которых выполнен сборно-разборным, а также системы газораспределения и воспламенения и шестеренчатый механизм преобразования движения лопастей во вращение вала. Недостатками такого двигателя являются достаточно большие габариты, сложная и громоздкая система газораспределения [2].

Целью изобретения является повышение удельных мощностных и габаритных характеристик двигателя.

Это достигается тем, что двигатель снабжен полой цилиндрической втулкой, а сборно-разборный ротор выполнен в виде двух полувалов с фланцами, между которыми установлены и соединены с ними по торцам разъемными устройствами ведущие лопасти, а второй ротор - в виде установленного внутри первого ротора полого вала с диаметрально противоположными ведомыми лопастями, при этом втулка расположена внутри второго ротора и жестко закреплена со статором двигателя. На основе ротора с цилиндрической втулкой в двигателе выполнена система газораспределе- ния в виде двух групп отверстий, расположенных в полой цилиндрической втулке и на внутреннем валу в зоне камер сгорания, при этом полость цилиндрической втулки разделена осепоперечной перегородкой на канал подачи рабочей смеси в двигатель и канал выпуска отработанных газов.

На фиг.1-5 представлена конструктивная схема основных элементов двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндрического статора 1 с торцевыми крышками 2, 3. На статоре в зонах, соответствующих положению камер сгорания в конце фаз сжатия рабочей смеси, размещены элементы (свечи) воспламенения рабочей смеси 4. Статор может иметь жидкостную или воздушную систему охлаждения. В статоре 1 размещен лопастной ротор (фиг.2, 3) с элементами системы газораспределения. Ротор состоит из внутреннего вала 5, жестко соединенного с парой диаметрально расположенных лопастей 6. На внутренний вал соосно установлен на скользящей посадке внешний вал, который выполнен сборно-разборным и состоит из двух полувалов с дискообразными фланцами 7, 8 и пары сдвоенных лопастей 9, соединенных по торцам с фланцами полувалов разъемными устройствами 10. Внешний вал в данной конструкции двигателя является ведущим. Вал 5, который "пульсирует" относительно ведущего вала, выполняет функции ведомого вала. С целью обеспечения смазки и охлаждения трущихся поверхностей лопастей ротора во фланцах полувалов в зоне между спаренными лопастями выполняются окна. В этом случае торцевые крышки 2, 3 статора также имеют окна. Для преобразования перемещения лопастей 6 и сдвоенных относительно друг друга во вращательное движение ротора внутренний вал жестко связан с кулисой 11, которая через ползун 12 и кривошип 13 соединена с подвижной шестерней 14, а внешний вал жестко скреплен с рычагом 15, который связан с осями вращения 16 подвижных шестерен 14. Подвижные шестерни 14 находятся в зацеплении с неподвижной шестерней 17, установленной соосно с осью ротора и жестко скрепленной со статором 1 двигателя. Оси подвижных шестерен 14 расположены параллельно оси ротора.

Система газораспределения выполнена в виде двух групп отверстий 18, 19. Одна группа отверстий определенным образом расположена в полой цилиндрической втулке 20, которая размещена на скользящей посадке внутри ведомого вала 5 и жестко скреплена со статором 1 двигателя через внешние элементы двигателя, например через крышку шестеренчатого кулисно-рычажного механизма (на фиг. 1 не показана). Вторая группа отверстий расположена на внутреннем валу 5 попарно в зоне камер сгорания. Отверстия системы газораспределения расположены на цилиндрической втулке в зоне 1, которая соответствует каналу подачи рабочей смеси, и в зоне 2, которая соответствует каналу выпуска отработанных газов (см. фиг. 4). При этом каналы отделены друг от друга расположенной внутри цилиндрической втулки осепоперечной перегородкой. В зоне 1 и 2 отверстия расположены поясами I-IV, число которых соответствует числу камер сгорания. В зоне 1 расположены отверстия подачи рабочей смеси, в зоне 2 - отверстия выпуска отработанных газов в соответствии с угловым распределением фаз в двигателе (фиг.4). Число отверстий в каждом поясе, как в зоне 1, так и в зоне 2, соответствует числу тактов (фаз) всасывания (выхлопа), которые совершает двигатель за один полный оборот внешнего (ведущего) вала. Положение отверстий соответствует угловому распределению фаз "всасывание" и "выхлоп" для каждой камеры сгорания.

Пара отверстий (см. фиг.3 и 4), которая расположена на внутреннем валу в каждой из камер сгорания, размещена соответственно в первой камере сгорания по одному над первым поясом зоны 1 и 2 цилиндрической втулки, во второй камере сгорания - по одному над вторым поясом зоны 1 и 2 цилиндрической втулки и т.д. Таким образом, одно из отверстий камеры сгорания, расположенное над зоной 1 в своем поясе, обеспечивает доступ рабочей смеси в камеру сгорания, второе, расположенное над зоной 2 в том же поясе - выпуск отработанных газов при совпадении этих отверстий с соответствующими отверстиями на цилиндрической втулке. Конкретные размеры отверстий системы газораспределения выбираются известным путем, исходя из рабочего объема двигателя и необходимых требований к распределению фаз работы двигателя.

Работа двигателя происходит следующим образом.

В процессе запуска при вращении ведущего вала с лопастями 9 рычаг 15, а, следовательно, оси 16 подвижных шестерен 14 перемещаются вокруг центральной оси двигателя. При этом подвижные шестерни 14, обкатываясь по неподвижной шестерне 17, вращаются вокруг своих осей 16. Круговое движение кривошипов 13 вокруг осей 16 через ползуны 12 и кулису 11 передается ведомому валу 5 с ведомыми лопастями 6. В результате этого ведомый вал с лопастями 6 вовлекается в сложное движение: вращательное вместе с ведущим валом и колебательное (пульсирующее) относительно ведущего вала. Таким образом, при вращении ведущего вала пара сдвоенных лопастей 9 вращается в статоре 1 вокруг его центральной оси, а пара ведомых лопастей 6, также вращаясь вокруг центральной оси статора, одновременно совершает колебательные движения относительно сдвоенных лопастей 9. В результате такого движения создается переменный объем между ведущими и ведомыми лопастями (см. фиг.5). Конструктивно образуются четыре переменных объема (камеры сгорания).

Движение ведущих 9 и ведомых лопастей 6 синхронизировано, так как они связаны между собой кинематически через шестеренчатый кулисно-рычажный механизм. Это позволяет организовать четырехконтактный цикл работы двигателя. На фиг.5 показаны четыре такта, которые совершает двигатель при повороте ведущего вала на 180^о, и фазы газораспределения для одной из камер сгорания. Увеличение объема между лопастями в одной из камер сгорания в фазе "всасывание" создает разрежение в данной камере и через совпавшие впускные отверстия на внутреннем валу и цилиндрической втулке рабочая смесь поступает в камеру сгорания. Процесс "всасывания" рабочей смеси продолжается до конца фазы, когда впускные отверстия взаимно перекрываются. Далее следуют фазы "сжатие" и "рабочий ход". В фазе "рабочий ход" под действием давления газов в камере сгорания лопастной ротор вовлекается в дальнейшее движение. Это приводит к тому, что отработанный газ вместе с подвижной камерой сгорания перемещаются и происходит совпадение выпускных отверстий на внутреннем валу и цилиндрической втулке. Начинается фаза "выхлопа". При этом относительное движение лопастей позволяет в процессе фаз "всасывание" и "выхлоп" изменять сечение эффективного отверстия образующегося при наложении двух подвижных отверстий, по любому закону. В двигателе отсутствуют традиционные распределительный вал, клапаны и элементы привода их в действие, которые потребляют значительную долю мощности двигателя, занимают достаточно большой относительный объем и имеют значительную относительную массу.

Выполнение системы газораспределения в данном двигателе по предложенной конструкции значительно упрощает систему впуска-выпуска а также повышает удельные мощностные и габаритные характеристики.

Предлагаемый двигатель позволяет добиться следующих преимуществ по сравнению с известными двигателями внутреннего сгорания. Повышаются в 2-4 раза удельные мощности и габаритные характеристики двигателя. Возможны исполнение двигателя цилиндрической формы с широким диапазоном отношения высоты цилиндра к его диаметру и модульного соединения отдельных двигателей в единый ДВС, при этом отдельные блоки могут располагаться как вдоль одной оси, так и параллельно "пакетом". Возможны также отключения-подключения отдельных модулей в процессе работы ДВС. Конструктивная осесимметричность практически исключает вибрации при работе и массовые затраты на балансировку двигателя. Кроме того, отсутствует коленчатый вал, значительно упрощена система впуска-выпуска, отсутствуют распреде- лительный вал и клапанный механизм. Значительно уменьшено количество комплектующих деталей, отличается простотой. Функцию маховика выполняют ведущий вал и его элементы.

Изобретение позволяет повысить удельные мощностные и габаритные характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС). ДВС выполнен с лопастным ротором, содержащим два полых цилиндрических вала, установленных соосно один в другом, при этом внутренний вал жестко связан с парой диаметрально расположенных лопастей, а внешний вал выполнен сборно-разборным и состоит из пары полувалов с фланцами и пары сдвоенных ведущих лопастей, соединенных по торцам с фланцами полувалов разъемными устройствами. Внутрь ведомого вала помещена цилиндрическая втулка, жестко скрепленная со статором двигателя, на основе которой в ДВС выполнена система газораспределения в виде двух групп отверстий, расположенных на полой цилиндрической втулке и на внутреннем валу в зоне камер сгорания. Полость цилиндрической втулки разделена осепоперечной перегородкой на канал подачи рабочей смеси и канал выпуска отработавших газов. Между ведущими и ведомыми лопастями образуются переменные объемы (камеры сгорания). Ведущие сдвоенные лопасти и ведущий вал вращаются в статоре вокруг его центральной оси, а ведомые лопасти - вокруг центральной оси статора и одновременно совершают колебательные движения относительно сдвоенных лопастей. Синхронизация работы валов и их лопастей обеспечивается кулисно-рычажным механизмом. При вращении ведущего вала с лопастями рычаг и оси подвижных шестерен перемещаются вокруг центральной оси двигателя. При этом подвижные шестерни, обкатываясь по неподвижной шестерне, вращаются вокруг своих осей. Круговые движения кривошипов вокруг осей через ползуны и кулису передаются ведомому валу с ведомыми лопастями. 5 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий статор и соосно установленные в нем двухлопастные роторы, по крайней мере один из которых выполнен сборно-разборным, системы газораспределения и воспламенения и шестеренчатый кулисно-рычажной механизм преобразования движения лопастей со вращение вала, отличающийся тем, что он снабжен полой цилиндрической втулкой, сборно-разборный ротор выполнен в виде двух полувалов с фланцами, между которыми установлены и соединены с ними по торцам сдвоенные лопасти, а второй ротор - в виде установленного внутри первого вала с закрепленными на нем диаметрально противоположно лопастями, при этом втулка расположена внутри второго ротора и соединена со статором. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система газораспределения выполнена в виде групп отверстий, расположенных в полой цилиндрической втулке и на внутреннем валу попарно в зоне камер сгорания, разделенных осепоперечной перегородкой, дополнительно размещенной в полости цилиндрической втулки, на отверстия канала подачи рабочей смеси в камеры сгорания и отверстия канала выпуска отработанных газов.