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.

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

Частично вышеперечисленные недостатки устранены в техническом решении, принятом в качестве прототипа, которое включает роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор с внутренней цилиндрической камерой, выходной вал, установленный в статоре, два диска с по меньшей мере 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 сцеплений дисков с валом и фиксации дисков со статором, по числу дисков, с исполнительными оpганами, впускные и выпускные окна, выполненные в статоре, устройство для подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой.

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, или тем техническим результатом, который можно получить от его использования, является повышение эффективности работы роторного ДВС.

Поставленная цель достигается за счет того, что роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор с внутренней цилиндрической камерой, выходной вал, установленный в статоре, два диска с по меньшей мере 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 сцеплений дисков с валом и 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, снабжен заслонками, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере, приводными механизмами, кинематически связанными с заслонками с возможностью перемещения последних, датчиками положения поршня в конце такта сжатия, момента остановки поршня, момента прохождения поршнем выпускного окна, момента прохождения поршнем впускного окна, сообщенными с входом блока управления, причем каждый механизм сцепления вала с диском выполнен в виде гидравлических цилиндров, размещенных на валу, гидравлических поршней, жестко связанных с тормозными колодками и установленных в гидравлических цилиндрах, гидравлических каналов, выполненных в вале и сообщенных с одной стороны с гидравлическими цилиндрами, а с другой - через золотник с источником давления или сливной магистралью, тормозные колодки выполнены с возможностью взаимодействия с дисками, впускные и выпускные окна расположены по разные стороны от каждой заслонки, а выходы управления соединены с исполнительными органами механизмов сцепления и приводными механизмами заслонок, исполнительный орган механизма сцепления связан с золотником и фиксирующим элементом механизма фиксации, а число заслонок равно числу пар поршней двух дисков.

- снабжен дополнительными группами впускных и выпускных окон с клапанами, индивидуальными приводами клапанов, причем окна в каждой группе выполнены последовательно по ходу поршня.

- гидравлические цилиндры механизма сцепления вала с диском размещены перпендикулярно оси вала, а тормозные колодки взаимодействуют с поверхностями дисков коаксиальных оси вращения вала.

- гидравлические цилиндры механизма сцепления вала с диском размещены параллельно оси вала, а тормозные колодки взаимодействуют с торцовыми поверхностями дисков.

Наличие у заявленного 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 не существующего уровня техники и обладает изобретательским уровнем.

Возможность при помощи совокупности признаков, изложенной в формуле изобретения, достигнуть поставленного результата (см. ниже) говорит о промышленной применимости заявленного изобретения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1-5 показаны принципиальные схемы работы двигателя по тактам, на фиг. 6 - гидравлическая схема подключения двигателя, на фиг. 7 - механизм сцепления дисков с валом, на фиг. 8 и 9 - поршень соответственно в разборном и сборном состояниях, на фиг. 10 - выполнение гидравлических цилиндров, параллельных оси вращения вала, на фиг. 11 - блок управления.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статор 1 с внутренней цилиндрической камерой 2, выходной вал 3, установленный в статоре 1, два диска 4 и 5 с парами поршней 6, 7 и 8, 9, свободно установленных на валу 3 и размещенных в цилиндрической камере 2 с возможностью образования между поршнями 6 и 8, 7 и 9 различных дисков 4 и 6 и поверхностью цилиндрической камеры 2 полостей переменного объема, механизмы сцепления 10 дисков с валом и механизмы фиксации 11 дисков со статором, по числу дисков, с исполнительными органами, впускные 12 и выпускные 13 окна, выполненные в статоре, устройство для подачи топлива 14, сообщенное с цилиндрической камерой 2.

Двигатель снабжен заслонками 15 и 16, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере 2, приводными механизмами 17, кинематически связанными с заслонками 15 и 16 с возможностью перемещения последних, датчиком 18 положения поршня в конце такта сжатия, датчиком 19 момента остановки поршня, датчиком 20 момента прохождения поршнем выпускного окна 13, датчиком 21 момента прохождения поршнем впускного окна 12, сообщенными с входом блока управления 22. Каждый диск 4 и 5 имеет механизм сцепления 10 дисков с валом и механизм фиксации 11 дисков со статором. Причем каждый механизм сцепления 10 вала с диском выполнен в виде гидравлических цилиндров 23, размещенных на валу 3, гидравлических поршней 24, жестко связанных с тормозными колодками 25 и установленных в гидравлических цилиндра 23, гидравлических каналов 26, выполненных в вале 3 и сообщенных с одной стороны с гидравлическими цилиндрами 23, а с другой - через золотник 27 с источником давления 28 или сливной магистралью 29.

Тормозные колодки 25 выполнены с возможностью взаимодействия с дисками 4 и или 5, впускные 12 и выпускные 13 окна расположены по разные стороны от заслонок 15 и 16, а выходы блока управления 22 соединены с исполнительными органами 30 механизмов сцепления 10, фиксации 11 и приводными механизмами 17 заслонок 15 и 16, исполнительный орган 30, например электромагнит, механизма сцепления 10 одного диска связан с золотником 27 и фиксирующим элементом механизма фиксации этого же диска.

Двигатель может быть снабжен дополнительными группами впускных 31 и выпускных 32 окон с клапанами 33, индивидуальными приводами 34 клапанов, причем окна 31 и 32 в каждой группе выполнены последовательно по ходу поршней 6, 7, 8 и 9.

Гидравлические цилиндры 23 могут быть расположены перпендикулярно оси вращения вала 3, при этом тормозные колодки 25 выполнены с возможностью взаимодействия с поверхностями 35 дисков 4 и 5, коаксиальными оси вращения вала 3. Гидравлические цилиндры 22 могут быть расположены параллельно оси вращения вала, при этом тормозные колодки 25 выполнены с возможностью взаимодействия с торцовыми поверхностями 36 дисков 4 и 5. Блок управления 22 содержит формирователи 37-40 сигналов управления, подключенные к выходам датчиков 18-21, усилители 41-43 мощности, работающие в ключевом режиме, Т-триггеры 44, 45, RS-триггеры 46, 47 и 48 и логические элементы "И" 49-52.

Роторный ДВС работает по двухтактному циклу.

Перед началом работы один из, T-триггеров 44 или 45 должен быть установлен в "единичное" состояние, а другой - в "нулевое" (схема начальной установки триггеров не показана). В исходном состоянии (фиг. 1) поршни 6 и 7 диска 4 зафиксированы со статором 1, а поршни 8 и 9 диска 5 сцеплены с валом 3 и перемещаются в цилиндрической камере 2, сжимая воздух или топливовоздушную смесь в полостях переменного объема, образованных поршнями 6-8 и 9-7. В конце такта сжатия, импульс с датчика 18 "обнуляет" триггеры 47 и 48, и поступает на счетные входы триггеров 44, 45 и переводит их в состояние, противоположное начальному, при этом исполнительные органы 30, подключенные к выходам триггеров 44, 45 через усилители 42 и 43 воздействуют на золотники 27 механизмов, которые сообщают гидроцилиндры 23 диска 4 с источником давления 28, а гидроцилиндры 23 диска 5 - со сливной магистралью 29 (баком), в результате диск 4 с поршнями 6 и 7 через тормозные колодки 25 соединяется с валом, а диск 5 с поршнями 8 и 9 - отсоединяется от вала 3. Одновременно те же исполнительные органы 30 перемещают фиксаторы механизмов фиксации 11, освобождая диск 4 с поршнями 6 и 7 от статора 1, а диск 5 с поршнями 8 и 9 - фиксирует неподвижно со статором 1. Диск 4 с поршнями 6 и 7 под действием продуктов сгорания совместно с валом 3 совершает вращательное движение, передавая крутящий момент потребителю энергии (фиг. 3). При прохождении поршня 6 диска 4 выпускного окна 13 срабатывает датчик 20 момента прохождения поршнем выпускного окна, при этом срабатывает триггер 46 и исполнительные механизмы 17 привода заслонок 15 и 16. Заслонки 15 и 16 открываются, а диск 4 с поршнями 6 и 7 продолжает перемещение совместно с валом 3 (фиг. 3), в этот момент заканчивается удаление продуктов сгорания и начинается подача воздуха или смеси. После прохождения поршня 6 датчика 21 момента прохождения поршнем впускного окна, по сигналу с датчика 21, триггер 46 "обнуляется" и приводные механизмы 17 опускают заслонки. Одновременно сигнал с датчика 21 поступает на входы логических элементов "И" 49 и 51. В результате этого устанавливается в "единичное" состояние тот триггер 44 или 45, на прямом выходе которого был "0", а на инверсном - "1", что обеспечивает соединение диска 5 с поршнями 8 и 9 с валом 3 и разъединение его от статора 1, диски 4 и 5 совершают поворот совместно с валом 3. Под действием импульса напряжения, появляющегося на выходе элемента 49 или элемента 51, в "единичное" состояние устанавливаются триггеры 47 или 48. Импульс напряжения с датчика 19 проходит через логический элемент 50, если в "единичное" состояние установлен триггер 47, или через элемент 52, если в "единичное" состояние установлен триггер 48. При этом "обнуляется" триггер 44 или 45, который изменяя свое состояние под действием сигнала с датчика 21, дает команду на разъединение диска 5 с валом 3 и соединение его со статором 1. Диск 4 с поршнями 6 и 7 продолжает движение, обеспечивая такт сжатия. После подхода поршня 7 диска 4 к поршню 8 срабатывает датчик 18, по сигналу которого, диск 4 с поршнями 6 и 7 отсоединяется от вала 3 и фиксируется к статору 1, а диск 5 с поршнями 8 и 9 отсоединяется от статора 1, сцепляется с валом 3 и совершает рабочий ход, порядок работы повторяется. Для обеспечения регулирования процессов продувки и выхлопа в статоре могут быть выполнены дополнительные группы впускных 31 и выпускных 32 окон. Дополнительные окна снабжаются клапанами 33 с индивидуальными приводами 34, а их последовательное расположение по ходу поршня позволяет регулировать начало и окончание процессов впуска и выпуска в зависимости от мощности двигателя или вида потребляемого топлива.

Использование: конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания. Сущность: роторный двигатель внутреннего сгорания, содержит статор с внутренней цилиндрической камерой 2, выходной вал 3, установленный в статоре, два диска с парами поршней, свободно установленных на валу и размещенный в цилиндрической камере 2 с возможностью образования между поршнями различных дисков и поверхностью цилиндрической камеры 2 полостей переменного объема механизмы сцепления 10 дисков с валом и механизмы фиксации дисков со статором, по числу дисков, с исполнительными органами, впускные 12 и выпускные окна, выполненные в статоре устройство для подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой 2. Двигатель снабжен заслонками, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере 2, приводными механизмами 17, 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 12, сообщенными с входом блока управления. 3 з.п.ф-лы, 11 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий статор с внутренней цилиндрической камерой, выходной вал, установленный в статоре, два диска по меньшей мере с двумя поршнями на каждом, свободно установленные на валу и размещенные в цилиндрической камере с возможностью образования между поршнями различных дисков и поверхностью цилиндрической камеры полостей переменного объема, механизмы сцепления дисков с валом и фиксации дисков относительно статора для каждого диска, с исполнительными органами, впускные и выпускные окна, выполненные в статоре, и устройство подачи топлива, сообщенное с цилиндрической камерой, отличающийся тем, что он снабжен блоком управления с входом и выходами, заслонками, расположенными диаметрально противоположно в цилиндрической камере, приводными механизмами, кинематически связанными с заслонками с возможностью перемещения последних, датчиками положения поршня в конце такта сжатия, момента остановки поршня, момента прохождения поршнем выпускного окна, момента прохождения поршнем впускного окна, сообщенными с входом блока управления, причем каждый механизм сцепления вала с диском выполнен в виде гидравлических цилиндров, размещенных на валу, гидравлических поршней, жестко связанных с тормозными колодками и установленных в гидравлических цилиндрах, гидравлических каналов, выполненных в вале и сообщенных с одной стороны с гидравлическими цилиндрами, а с другой - с возможностью сообщения через золотник с источником давления или сливной магистралью, тормозные колодки выполнены с возможностью взаимодействия с дисками, впускные и выпускные окна расположены по разные стороны от каждой заслонки, а выходы блока управления соединены с исполнительными органами механизмов сцепления и приводными механизмами заслонок, исполнительный орган механизма сцепления связан с золотником и фиксирующим элементом механизма фиксации, а число заслонок равно числу пар поршней двух дисков. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными группами впускных и выпускных окон с клапанами, индивидуальными приводами клапанов, причем окна в каждой группе выполнены последовательно по ходу поршня. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что гидравлические цилиндры механизма сцепления вала с диском размещены перпендикулярно к оси вала, а тормозные колодки - с возможностью взаимодействия с поверхностями дисков коаксиальных оси вращения вала. 4. Двигатель по пп.1 - 2, отличающийся тем, что гидравлические цилиндры механизма сцепления вала с диском размещены параллельно оси вала, а тормозные колодки выполнены с возможностью взаимодействия с торцевыми поверхностями дисков.