РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F01C1/00 

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования в автомобильном транспорте, но может быть использовано и в воздушном транспорте.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, выполненный по двухроторной схеме это двигатель ДКМ-54. В этом двигателе каждый ротор совершает простое вращательное движение вокруг неподвижной оси, что устраняет необходимость в каких-либо противовесах, освобождает подшипники роторов от нагрузки их центробежными силами и облегчает условия работы уплотнительных элементов, так как инерционные силы на них постоянны по направлению.

Однако известный двигатель имеет значительные недостатки, из-за которых было прекращено его производство. Свечи зажигания, размещенные на внутреннем роторе, недоступны для обслуживания. Момент инерции внешнего ротора и его боковых стенок слишком велик, что отрицательно сказывается на приемистости двигателя. Кроме того, не исключена опасность деформации трохоидной поверхности при высоком числе оборотов внешнего ротора от действия центробежных сил. Надежная герметизация между вращающимися роторами и отвод из них отработанных газов достигается увеличением потерь на трение и еще большим усложнением конструкции.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, в котором овальный корпус выполнен неподвижным, закрытым торцовыми крышками, в котором размещается трехгранный ротор, выходной вал и синхронизирующие шестерни корпуса и ротора вала это двигатель ККМ-250. В таком двигателе коренным образом упростилась проблема охлаждения корпуса проточной водой. Этот двигатель оказался более легким и компактным. Выполнение корпуса неподвижным устранило все трудности, связанные с герметизацией мест ввода в двигатель свежей смеси и отвода из него отработанных газов, с подводом к свече зажигания тока высокого напряжения и с обеспечением доступа к ней.

Однако известный двигатель имеет существенные недостатки. Из-за того, что обороты выходного вала более высокие по сравнению с поршневыми двигателями, то установка его на автомобили вместо последних ведет к усложнению и увеличению коробок передачи из-за повышения их передаточного отношения для снижения оборотов перед главной передачей. Установка противовесов для уравновешивания ротора за корпусом двигателя приводит к увеличению габаритов двигателя и к усложнению выполнения привода вспомогательных агрегатов и затруднению комплектования секций двигателя. Появление знакопеременных центробежных сил от радиальных уплотнительных пластин приводит к изменению нагрузки последних на рабочую поверхность корпуса, вследствие чего образуются ударные нагрузки на последнюю, вызывающие на ней появление поперечных борозд, или происходит отрыв радиальных уплотнительных пластин от рабочей поверхности корпуса, что создает повышенные перетечки рабочей смеси между рабочими камерами. Из-за этого повышается износ корпуса и требуется для его изготовления применение менее износостойких и более дорогих материалов и снижается экономичность двигателя.

Задачей изобретения является снижение оборотов выходного вала при повышении оборотов ротора, внутреннее уравновешивание ротора и уравновешивание центробежных сил радиальных уплотнительных пластин, увеличение долговечности, снижение стоимости и повышение компактности и экономичности.

Указанная задача решается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем трехгранный ротор, размещенный в овальном корпусе, закрытом торцовыми крышками, выходной вал и синхронизирующие шестерни корпуса и ротора, в соответствии с изобретением эксцентрик выполнен отдельно от выходного вала и сидит на нем свободно, а синхронизирующие шестерни выполнены силовыми и установлены на обоих торцах ротора и торцовых крышках, причем одна из синхронизирующих шестерен ротора выполнена в блоке с передаточной шестерней ротора, имеющей тоже внутренние зубья и входящей в зацепление с передаточной шестерней выходного вала, имеющей наружные зубья и жестко закрепленной на последнем, причем передаточное отношение этих шестерен больше передаточного отношения синхронизирующих шестерен, а в торцовых выемках ротора, за его шестернями, помещены противовесы, посаженные свободно на выходном валу и соединенные жестко с эксцентриком.

Кроме того, в двигателе, в пазы для радиальных уплотнительных пластин встроены укороченные прямоугольные стержни, на которых установлены радиальные уплотнительные пластины с их гофрированными пружинами и под которыми размещены поддерживаемые гофрированными пружинами уравновешивающие пластины, имеющие косые срезы на концах, контактирующие с косыми срезами одной стороны силовых пластин, прижимающимися косым срезом другой стороны к косому срезу языка радиальных уплотнительных пластин.

На фиг.1 показан предлагаемый двигатель, поперечный разрез; на фиг.2 то же, продольный разрез.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит трехгранный ротор 1, размещающийся в овальном корпусе 2, закрытом торцовыми крышками 3 и 4, выполненными заодно с силовыми синхронизирующими шестернями 5 и 6 корпуса, имеющими наружные зубья. В один торец ротора 1 запрессован блок шестерен 7, включающий силовую синхронизирующую шестерню 8 ротора и передаточную шестерню 9 ротора с внутренними зубьями, а в другой запрессован обод 10 силовой синхронизирующей шестерни 11 ротора с внутренними зубьями. Силовые синхронизирующие шестерни 8 и 11 ротора входят в зацепление с силовыми синхронизирующими шестернями 5 и 6 корпуса и их отношение равно 3:2. Передаточная шестерня 9 ротора входит в зацепление с передаточной шестерней 12 вала, имеющей наружные зубья и закрепленной жестко на шлицах выходного вала 13, а их передаточное отношение больше 3:2, а по размеру они меньше, что обеспечивает лучшее размещение блока шестерен 7 в одном из торцов ротора 1 при вращении выходного вала 13 в противоположном направлении вращения и медленнее последнего. Так, при передаточном отношении этих шестерен, равном 2:1, выходной вал 13 вращается с оборотами ротора 1, но в противоположную сторону, что проверено на макете планетарной передачи, а так как в этом случае работа двигателя будет равнозначна работе шестицилиндрового четырехтактного двигателя, это позволяет заменить последний в автомобильном и воздушном транспорте.

Ротор 1 снабжен подшипником 14, которым он опирается на эксцентрик 15, посаженный свободно на выходной вал 13 на подшипнике 16. Ротор 1 уравновешивается противовесами 17 и 18, размещающимися в торцовых выемках роторов 19 и 20, посаженными на подшипниках 21 на выходной вал 13 и жестко скрепленных с эксцентриком 15 стяжным винтом 22. Выходной вал 13 вращается в подшипниках 23 и 24 и снабжен маховиком 25, а на его конце установлен распределитель зажигания 26, работа которого обеспечивается с помощью трех кулачков на конце этого вала, осуществляющих появление искры на свечах зажигания 27 и воспламенение рабочей смеси в камерах сгорания 28. Корпус 2 имеет впускное 29 и выпускное 30 окна. Впуск свежей смеси показан стрелкой 31, а выпуск отработавших газов стрелкой 32. Уплотнение ротора 1 достигается с помощью радиальных уплотнительных пластин 33 и торцовых уплотнительных пластин 34, соединенных цилиндрическими сухариками 35. Торцовые маслосъемные кольца 36 вставлены в торцы блока 7 и обода 10 синхронизирующих и передаточных шестерен. Для уравновешивания центробежных сил радиальных уплотнительных пластин 33 последние изготавливаются с языками 37, выполненными со скосом внутрь ротора, а в пазы 38 для радиальных пластин 33 встроены прямоугольные стержни 39, которые вставляются в прямоугольные отверстия, проходящие через пазы 38. Прямоугольные стержни 39 по длине короче пазов 38 и при установке в вершины ротора 1 радиальных уплотнительных пластин 33 языки 37 последних проходят мимо торцов стержней 39. Радиальные уплотнительные пластины 33 прижимаются к рабочей поверхности корпуса 2 с помощью гофрированных пружин 40, опирающихся на прямоугольные стержни 39, а с языками 37 контактиpуют одной косой стороной силовые пластины 41 и 42, другие косые стороны которых раздвигаются уравновешивающими пластинами 43, поддерживаемыми гофрированными пружинами 44, масса которых суммируется с уравновешивающей массой последних. Все скосы выполняются под углом 45^о с целью более равномерного распределения действия на них составляющих сил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При вращении ротора 1 в напpавлении С (см.фиг.1) его вершины проходят через отсеки процессов в корпусе (К, Л, М, Н) и в результате этого в трех рабочих камерах, находящихся за гранями ротора 1, совершается цикл работы двигателя. Когда одна из рабочих камер проходит через отсек выпуска К, то из нее производится выпуск отработавших газов (по стрелке 32), а в перемещающуюся впереди нее через отсек впуска Л другую камеру в это время происходит впуск свежей смеси (по стрелке 31), а третья рабочая камера уже раньше прошла эти отсеки и завершила проход еще через отсек сжатия М и попала в отсек расширения Н. В этот момент через свечу зажигания 27 проскакивает искра в камере сгорания 28 и рабочая смесь воспламеняется и начинается расширение горячих газов при движении этой рабочей камеры через отсек расширения Н, а затем она попадает в отсек выпуска К, после чего все процессы в камерах повторяются. При вращении ротора 1 его силовые синхронизирующие шестерни 8 и 11 перекатываются по силовым синхронизирующим шестерням 5 и 6 корпуса и вызывают вращение эксцентрика 15 на выходном валу 13 в направлении ротора 1 и в три раза быстрее, а в результате этого передаточная шестерня 9 ротора отталкивает назад передаточную шестерню 12 вала и вызывает вращение выходного вала в противоположном направлении. При вращении выходного вала с оборотами ротора за один его оборот в двигателе совершается три рабочих цикла, т. е. работа двигателя будет равнозначна работе шестицилиндрового четырехтактного двигателя, а при уменьшении отношения передаточных шестерен 9 и 12 от 2:1 до 3:2 число оборотов выходного вала 13 будет уменьшаться до нуля при сохранении оборотов ротора 1, так как при последнем отношении шестерня 9 будет обкатывать шестерню 12, не вызывая ее вращения. А вследствие уравновешивания центробежных сил ротора 1 с помощью внутренних противовесов 17 и 18 уменьшаются продольные габариты двигателя и облегчается комплектование двигателя из нескольких секций.

В двигателе сохраняются постоянными нагрузки на рабочую поверхность корпуса 2 от радиальных уплотнительных пластин 33, так как центробежные силы последних нейтрализуются центробежными силами уравновешивающих пластин 43 и поддерживающих их гофрированных пружин 44 следующим образом. Если радиальные уплотнительные пластины 33 создают положительные центробежные силы, т.е. от них увеличивается нагрузка на рабочую поверхность корпуса, то равные по величине и направлению центробежные силы образуют и уравновешивающие их гофрированные пружины 44 с уравновешивающими пластинами 43, а так как последние стремятся двигаться от центра ротора 1 и давят своими торцовыми скосами на скосы силовых пластин 41 и 42, которые через косы других своих сторон передают эти усилия на скосы языков 37 радиальных уплотнительных пластин 33, в результате чего на скосах языков образуются радиальные составляющие от этих сил, которые по величине равны центробежным силам радиальной уплотнительной пластины, но противоположны по направлению. В результате этого центробежные силы последних будут уравновешены, т.е. нагрузка их с рабочей поверхности корпуса будет снята, а если появятся отрицательные центробежные силы радиальных уплотнительных пластин 33, уменьшающие нагрузки последних на рабочую поверхность корпуса, то образуются равные по величине отрицательные центробежные силы от гофрированных пружин 44 и уравновешивающих пластин 43, которые ослабляют действие сил последних через силовые пластины 41 и 42 на языки 37 радиальных уплотнительных пластин 33, а вследствие этого увеличивается действие на последние силы гофрированных пружин 40 и в результате этого нагрузка радиальных уплотнительных пластин 30 на рабочую поверхность корпуса восстановится, а значит она будет сохраняться постоянной при вращении ротора 1. В результате этого радиальные уплотнительные пластины не будут создавать ударных нагрузок на рабочую поверхность корпуса и не будут отрываться от нее. В конечном итоге возрастает долговечность двигателя и повышается его экономичность, а стоимость снизится из-за возможности его изготовления из более дешевых материалов.

Роторный двигатель внутреннего сгорания имеет хорошие технико-экономические показатели. В результате выполнения внутренней планетарной передачи создалась возможность снижения оборотов выходного вала, при целесообразности уменьшения которых в три раза, т.е. до оборотов ротора, делает работу двигателя равнозначной шестицилиндровому четырехтактному двигателю, а вследствие этого уменьшаются габариты двигателя и повышается перспектива его применения без увеличения передачи в автомобильном транспорте вместо поршневых двигателей. Выполнение внутреннего уравновешивания центробежных сил ротора приводит к улучшению габаритов двигателя и уменьшению его массы. Кроме того, уравновешивание центробежных сил радиальных уплотнительных пластин обеспечивает постоянство нагрузки последних на рабочую поверхность корпуса, что предотвращает действие на нее ударных нагрузок и исключает их отрыв от нее. Все это приводит к уменьшению габаритов и массы двигателя, упрощает его комплектование из секций, улучшает работу уплотнения и увеличивает долговечность и экономичность двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования преимущественно в автомобильном транспорте. Задачей изобретения является увеличение долговечности, снижение стоимости и повышение компактности и экономичности. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит трехгранный ротор в овальном корпусе, выходной вал и синхронизирующие шестерни корпуса и ротора, эксцентрик, выполненный отдельно от выходного вала и сидящий на нем свободно. Синхронизирующие шестерни выполнены силовыми и установлены на обоих торцах ротора в торцовых крышках, причем одна из синхронизирующих шестерен ротора выполнена в блоке с передаточной шестерней ротора, имеющей тоже внутренние зубья, при этом в торцовых выемках ротора, за его шестернями, помещены противовесы, посаженные свободно на выходном валу и соединенные жестко с эксцентриком. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий трехгранный ротор, размещенный в овальном корпусе, закрытом торцевыми крышками, выходной вал и синхронизирующие шестерни корпуса и ротора, отличающийся тем, что эксцентрик выполнен отдельно от выходного вала и сидит на нем свободно, а синхронизирующие шестерни выполнены силовыми и установлены на обоих торцах ротора и торцевых крышках, причем одна из синхронизирующих шестерен ротора выполнена в блоке с передаточной шестерней ротора, имеющей тоже внутренние зубья и входящей в зацепление с передаточной шестерней выходного вала, имеющей наружные зубья и жестко закрепленной на последнем, при этом передаточное отношение этих шестерен больше передаточного отношения синхронизирующих шестерен, а в торцевых выемках ротора, за его шестернями, помещены противовесы, посаженные свободно на выходном валу и соединенные жестко с эксцентриком. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в пазы для радиальных уплотнительных пластин встроены укороченные прямоугольные стержни, на которых установлены радиальные уплотнительные пластины с их гофрированными пружинами и под которыми размещены поддерживаемые гофрированными пружинами уравновешивающие пластины, имеющие косые срезы на концах, контактирующие с косыми срезами одной стороны силовых пластин, прижимающимися косым срезом другой стороны к косому срезу языка радиальных уплотнительных пластин.