РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано при проектировании роторных двигателей внутреннего сгорания.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), содержащий статор, ротор с поршнями, образующий со статором камеру переменного объема и сообщенный с валом при помощи механизма синхронизации поршней, системы топливоподачи и газораспределения [1].

Недостатком данной конструкции двигателя является сложность его кинематической схемы синхронизации поршней, что в конечном итоге отрицательно сказывается на эффективности работы ДВС и его надежности.

Частично вышеперечисленные недостатки устранены в техническом решении, принятом в качестве прототипа, которое включает роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор с цилиндрической камерой, выходной вал, установленный в статоре, ротор, размещенный на валу, две пары поршней с уплотнительными элементами, размещенные в цилиндрической камере, механизмы сцепления поршней с валом, механизмы фиксации поршней со статором, приводные органы и отпоры механизмов сцепления и фиксации, впускные и выпускные окна, выполненные в статоре, устройство для подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой, причем поршни каждой пары установлены в цилиндрической камере диаметрально противоположно и с возможностью образования между торцовыми поверхностями поршней различных пар и поверхностью цилиндрической камеры полостей переменного объема [2].

Данное техническое решение также является малоэффективным ввиду сложности кинематической схемы синхронизации поршней и невозможности реализовать режим продолженного расширения и изменения объема рабочей камеры.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы роторного ДВС.

Поставленная цель достигается за счет того, что:
- роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор с цилиндрической камерой, выходной вал, установленный в статоре, ротор, размещенный на валу, две пары поршней с уплотнительными элементами, размещенные в цилиндрической камере, механизмы сцепления поршней с валом, механизмы фиксации поршней со статором, приводные органы и стопоры механизмов сцепления и фиксации, впускные и выпускные окна, выполненные в статоре, устройство для подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой, причем поршни каждой пары установлены в цилиндрической камере диаметрально противоположно и с возможностью образования между торцовыми поверхностями поршней различных пар и поверхностью цилиндрической камеры полостей переменного объема, он снабжен двумя заслонками, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере, приводными механизмами, кинематически связанными с заслонками с возможностью перемещения последних, парами датчиков положения поршня в конце такта сжатия, момента остановки поршня, момента прохождения поршнем выпускного окна, сообщенными с входом блока управления, выходы которого связаны с приводными органами механизмов сцепления и фиксации, поршни снабжены телами качения и установлены свободно в роторе с возможностью взаимодействия с последними через тела качения, а ротор жестко соединен с валом;
- механизмы сцепления и фиксации выполнены в виде двух пар стопоров, жестко связанных с приводными органами и размещенных диаметрально противоположно соответственно в роторе и статоре, причем датчики момента остановки поршня и положения поршня в конце такта сжатия установлены в статоре между стопорами различных пар механизмов фиксации, а каждая пара стопоров выполнена с возможностью одновременного срабатывания;
- он снабжен кольцевым элементом, установленным в цилиндрической камере между статором и поршнями коаксиально выходному валу, дополнительными телами качения, установленными между наружной поверхностью кольцевого элемента и поверхностью цилиндрической камеры, токопроводами, выполненными в цилиндрической камере и токосъемниками, установленными в поршнях, причем механизмы сцепления и фиксации выполнены в виде стопоров, жестко связанных с приводными органами и размещены в поршнях с возможностью взаимодействия с поверхностями ротора и статора, тела качения поршней выполнены с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью кольцевого элемента, приводные органы связаны с токосъемником, а токопроводы - с блоком управления;
- уплотнительные элементы выполнены в средней части поршня;
- приводные органы выполнены в виде электромагнитов, стопоры выполнены в виде подпружиненных пластин, а на поверхностях статора и ротора выполнены выемки, взаимодействующие с пластинами;
- приводные органы выполнены в виде электромагнитов, а стопоры выполнены в виде подпружиненных пластин, контактирующих с торцовыми поверхностями поршней.

Наличие у предлагаемого технического решения отличительной от прототипа совокупности признаков говорит о новизне изобретения.

Проведенный в данной и смежных отраслях техники патентный поиск не выявил источников информации, которые бы содержали признаки отличительной части предложенной формулы изобретения, следовательно оно явным образом не вытекает из существующего уровня техники и обладает изобретательским уровнем.

Возможность при помощи совокупности признаков, изложенной в формуле изобретения, достигнуть поставленного результата говорит о промышленной применимости предлагаемого изобретения.

На фиг. 1 показана схема выполнения двигателя, на фиг. 2 и 3 - схемы положений поршней во время срабатывания датчиков; на фиг. 4 - второй пример выполнения двигателя; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - схема блока управления.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статор 1 с цилиндрической камерой 2, выходной вал 3, установленный в статоре 1, ротор 4, размещенный на валу 3, две пары поршней 5, 6 и 7, 8 с уплотнительными элементами 9, размещенные в цилиндрической камере 2, механизмы сцепления 10 поршней с валом, механизмы фиксации 11 поршней со статором, приводные органы 12 и стопоры 13, 14, 15, 16 механизмов сцепления 10 и фиксации 11, впускные 17 и выпускные 18 окна, выполненные в статоре 1, устройство для подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой 2. Поршни 5, 6 и 7, 8, каждой пары установлены в цилиндрической камере 2 диаметрально противоположно и с возможностью образования между торцовыми поверхностями поршней 5, 6 и 7, 8 различных пар и поверхностью цилиндрической камеры 2 полостей переменного объема 19. Двигатель снабжен двумя заслонками 20, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере 2, приводными механизмами 21, кинематически связанными с заслонками 20 с возможностью перемещения последних, парами датчиков 22 положения поршня в конце такта сжатия, парами датчиков 23 момента остановки поршня, парами датчиков 24 момента прохождения поршнем выпускного окна, сообщенными с входом блока управления 25, выходы которого связаны с приводными органами 12 механизмов сцепления 10 и фиксации 11, поршни 5, 6, 7, 8 снабжены телами качения 26 и установлены свободно на роторе 4 с возможностью взаимодействия с последним через тела качения 26, ротор 4 жестко соединен с валом 3.

В примере конкретного выполнения (см. фиг. 1) механизмы сцепления 10 и фиксации 11 выполнены в виде двух пар стопоров 13, 14 и 15, 16, жестко связанных с приводными органами 12 и размещенных диаметрально противоположно соответственно в роторе 4 и статоре 1, датчики 23 момента остановки поршня и датчики 22 положения поршня в конце такта сжатия установлены в статоре 1 между стопорами 16 и 15 различных пар механизмов фиксации, а каждая пара стопоров 13, 14, 15 и 16 выполнена с возможностью одновременного срабатывания. Уплотнительные элементы 9 выполнены в средней части поршня, а приводные органы 12 выполнены в виде электромагнитов, стопоры 13, 14, 15 и 16 выполнены в виде подпружиненных пластин, контактирующих с торцовыми поверхностями поршней 5, 6, 7 и 8.

Во втором примере конкретного выполнения (см. фиг. 4) двигатель снабжен кольцевым элементом 27, установленным в цилиндрической камере между статором 1 и поршнями 5, 6, 7 и 8 коаксиально выходному валу 3, дополнительными телами качения 28, установленными между наружной поверхностью кольцевого элемента и поверхностью цилиндрической камерой 2, токопроводами 29, выполненными в цилиндрической камере 2 и токосъемниками 30, установленными в поршнях 5, 6, 7 и 8. Механизмы сцепления 10 и фиксации 11 выполнены в виде стопоров 31, жестко связанных с приводными органами 12 и размещены в поршнях с возможностью взаимодействия с поверхностями ротора и статора, тела качения 26 поршней 5, 6, 7 и 8 выполнены с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью кольцевого элемента 27, приводные органы 12 связаны с токосъемником 30, а токопроводы 29 - с блоком управления 25. Приводные органы 12 выполнены в виде электромагнитов, стопоры 31, 32 выполнены в виде подпружиненных пластин, а на поверхностях статора и ротора выполнены выемки 33, взаимодействующие с пластинами. Блок управления 25 содержит усилители 34-38 мощности, триггеры 39-43.

Роторный двигатель внутреннего сгорания (см. фиг. 1) работает по двухтактному циклу следующим образом.

При срабатывании пары датчиков 22 положения поршня в конце такта сжатия (например от давления среды) по команде с блока управления 25, приводные органы 12 выдвигают пару стопоров 15 механизмов фиксации 11, которые фиксируют пару поршней 7 и 8 со статором 1 и убирают пару стопоров 16 механизмов фиксации 11, освобождая пару поршней 5 и 6 от статора 1. Одновременно приводные органы 12 механизмов сцепления 10 убирают пару стопоров 14 в ротор 4, освобождая последние от пары поршней 7 и 8 и выдвигают пару стопоров 13, сцепляя пару поршней 5 и 6 с ротором 4. При возникновении вспышки между поршней 6-7 и 6-8 поршни 5 и 6, взаимодействуя своими торцовыми поверхностями с парой стопоров 13, вращают ротор 4 и выходной вал 3, передавая крутящий момент потребителю.

Блок управления 25 при этом работает следующим образом. По сигналу датчика 22 положения поршня в конце такта сжатия, триггеры 40, 41 и 43 находятся в "единичном" состоянии, а триггеры 39 и 42 - в "нулевом", т. е. напряжение поступает на приводные органы 12 пар стопоров 15, 13 и приводные механизмы 21 заслонок 20, в результате чего пара стопоров 15, 13 и заслонки 20 выдвинуты. На приводные органы 12 пар стопоров 14 и 16 напряжение не поступает и они втянуты. При прохождении поршней 5 и 6 мимо пары датчиков 24 момента прохождения поршнем впускного окна, после окончания рабочего процесса, по сигналу датчиков 24 приводные органы 12 убирают пару стопоров 13 перед поршнями 5 и 6, выдвигая пару стопоров 14, которые воздействуют на задние торцовые поверхности поршней по ходу вращения, приводные механизмы 21 открывают заслонки 20, пара стопоров 15 освобождает пару поршней 7 и 8. Во впускное окно 17 подается воздух или топливовоздушная смесь, пару поршней 5 и 6 перемещает ротор 4, под давлением среды в цилиндрической камере 2 пара поршней 7 и 8 перемещается до точки, где установлены пара датчиков 23 момента остановки поршня (см. фиг. 2). При этом триггеры 40, 41 и 43 "обнуляются", а триггер 42 перебрасывается в "единичное" положение. По сигналу с пары датчиков 23 момента остановки поршня, пара стопоров 16 фиксирует пару поршней 7 и 8 к статору 1, заслонки 20 закрываются, а ротор 4 перемещает пару поршней 5 и 6, обеспечивая сжатие заряда (см. фиг. 3), при этом триггеры 39 и 43 переводятся в "единичное" состояние. Пара поршней 5 и 6 перемещается до момента срабатывания датчиков 23, далее цикл работы повторяется (см. фиг. 1).

Двигатель, показанный на фиг. 4, работает аналогично, только по команде датчиков 22, 23 и 24 срабатывают стопоры 31 и 32 механизмов сцепления 10 и фиксации 11, размещенных в поршнях 5, 6 и 7, 8, при этом стопор 31 и 32 взаимодействуют с выточками 33 на роторе 4 и выточками в статоре 1 (см. фиг. 5).

Использование: конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания. Сущность: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статор с внутренней цилиндрической камерой, выходной вал, установленный в статоре, два диска с парами поршней свободно установленных на валу и размещенных в цилиндрической камере с возможностью образования между поршнями различных дисков и поверхностью цилиндрической камеры полостей переменного объема, механизмы сцепления дисков с валом и механизмы фиксации дисков со статором, по числу дисков, с исполнительными органами, впускные и выпускные окна, выполненные в статоре, устройство для подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой. Двигатель снабжен заслонками, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере приводными механизмами, кинематически связанными с заслонками с возможностью перемещения последних, датчиком положения поршня в конце такта сжатия, датчиком момента остановки поршня, датчиком момента прохождения поршнем выпускного окна, датчиком момента прохождения поршнем впускного окна, сообщенными с входом блока управления. 5 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий статор с цилиндрической камерой, выходной вал, установленный в статоре, ротор, размещенный на валу, две пары поршней с уплотнительными элементами, размещенные в цилиндрической камере, механизмы сцепления поршней с валом, механизмы фиксации поршней относительно статора, приводные органы и стопоры механизмов сцепления и фиксации, впускные и выпускные окна, выполненные в статоре, и устройство подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой, причем поршни каждой пары установлены в цилиндрической камере диаметрально противоположно и с возможностью образования между торцевыми поверхностями поршней различных пар и поверхностью цилиндрической камеры полостей переменного объема, отличающийся тем, что он снабжен блоком с входом и выходами и двумя заслонками, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере, приводными механизмами, кинематически связанными с заслонками с возможностью перемещения последних, парами датчиков положения поршня в конце такта сжатия, момента остановки поршня, момента прохождения поршнем выпускного окна, сообщенных с входом блока управления, выходы которого связаны с приводными органами механизмов сцепления и фиксации, поршни снабжены телами качения и установлены свободно в роторе с возможностью взаимодействия с последними через тела качения, а ротор жестко соединен с валом. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизмы сцепления и фиксации выполнены в виде двух пар стопоров, жестко связанных с приводными органами и размещенных диаметрально противоположно соответственно в роторе и статоре, причем датчики момента остановки поршня и положения поршня в конце такта сжатия установлены в статоре между стопорами различных пар механизмов фиксации, а каждая пара стопоров выполнена с возможностью одновременного срабатывания. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен кольцевым элементом, установленным в цилиндрической камере между статором и поршнями коаксиально выходному валу, дополнительными телами качения, установленными между наружной поверхностью цилиндрической камеры, токопроводами, выполненными в цилиндрической камере, и токосъемниками, установленными в поршнях, причем механизмы сцепления и фиксации выполнены в виде стопоров, жестко связанных с приводными органами, и размещены в поршнях с возможностью взаимодействия с поверхностями ротора и статора, тела качения поршней выполнены с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью кольцевого элемента, приводные органы связаны токосъемником, а токопроводы - с блоком управления. 4. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что уплотнительные элементы выполнены в средней части поршня. 5. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что приводные органы выполнены в виде электромагнитов, стопоры выполнены в виде подпружиненных пластин, а на поверхностях статора и ротора выполнены выемки, расположенные с возможностью взаимодействия с пластинами. 6. Двигатель по пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что приводные органы выполнены в виде электромагнитов, а стопоры - в виде подпружиненных пластин, выполненных с возможностью контакта с торцевыми поверхностями поршней.