РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B55/00 

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования в транспортной технике.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью, которая разделяется на рабочую и продувочные камеры диаметрально расположенными выступами корпуса, в котором помещается ротор с двумя лопастями, к оси которого жестко прикреплен кривошип ротора, связанный шатуном с кривошипом коленчатого вала, установленного в опорах, выполненных на внешней поверхности корпуса. Такой двигатель имеет по меньшей мере две свечи зажигания (см. патент Австрии N 146755, кл. 46а, опубл. 1936).

Однако известный двигатель имеет недостатки, из-за которых он не получил применения. У него низкая надежность из-за частой поломки лопастей ротора и кривошипа привода ротора вследствие появления в них большой концентрации сил от действия больших знакопеременных нагрузок. В таком двигателе размещение окон газораспределения не обеспечивает хорошую очистку камер сгорания, что снижает экономичность двигателя.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью, разделенной диаметрально расположенными выступами на две камеры: рабочую и продувочную, в котором соосно размещается ротор, имеющий два выступа, образующих рабочий и продувочный поршни, разделяющие рабочую и продувочную камеры соответственно на два рабочих и два продувочных отсека, и по торцам корпуса установлены торцовые крышки, через которые проходит выходной вал [1]
Однако известный двигатель имеет недостаток из-за невысокой надежности кривошипно-шатунного механизма преобразования возвратно-вращательного движения ротора во вращательное движение выходного вала, применение которого вызывает увеличение габаритов двигателя.

Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение габаритов роторного двигателя внутреннего сгорания.

Цель достигается тем, что двигатель снабжен второй рабочей полостью, развернутой относительно первой на 90^о, а его выходной вал снабжен общим для обеих полостей эксцентриком, на котором установлено промежуточное звено с двумя эксцентриками, взаимно развернутыми на 180^о, на которых в каждой полости установлены корректирующие эксцентрики, сидящие свободно в цилиндрических выемках торцов роторов, обращенных один к другому.

На фиг. 1 показан двигатель, поперечный разрез по переднему корпусу; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 двигатель показан схематично с наложением на него схемы механизма синхронизации движения поршней ротора и вращения эксцентрикового вала.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит два корпуса 1 и 2, имеющие цилиндрическую рабочую полость, разделенную диаметрально расположенными выступами 3 на две камеры: рабочую и продувочную. В корпусах 1 и 2 размещены соосно роторы 4 и 5, имеющие по два выступа, образующие рабочий 6 и продувочный 7 поршни, которые делят рабочую и продувочную камеры соответственно на два рабочих и два продувочных отсека. В теле роторов 4 и 5 имеются по две выемки 8 для перепуска рабочей среды. Корпуса 1 и 2 крепятся жестко к промежуточной перегородке 9 и с торцов закрыты боковыми крышками 10 и 11, имеющими центральные консоли 12, в которых со смещением на равные величины Н и Н'' соответственно относительно центра О₁ переднего корпуса 1 и центра О₁'' заднего корпуса 2 выполнены сквозные цилиндрические отверстия, в которые установлены подшипники 13, на которые опирается выходной вал 14 с центром О₂, изготовленный за одно целое с эксцентриком 15, общим для обеих полостей, который имеет центр О₃ и выполнен с эксцентриситетом Е₁ и на котором установлено промежуточное звено 16 с двумя эксцентриками 17 и 18 соответственно с центрами О₄ и О₄'', имеющими эксцентриситеты Е₂ и Е₂'', равные по величине эксцентриситету Е₁ эксцентрика 15 выходного вала 14 (значения с двумя штрихами относятся к деталям задней рабочей полости). Эксцентрики 17 и 18 взаимно развернуты на 180^о, и на них установлены в каждой полости корректирующие эксцентрики 19 и 20 соответственно с центрами О₅ и О₅'' с возможностью возвратно-качательного движения в цилиндрических выемках 21 и 22, выполненных в торцах роторов, обращенных один к другому, и при этом эксцентриситеты Э и Э'' корректирующих эксцентриков в целях однообразности размеров приняты равными величинам смещений Н и Н'' выходного вала 14 относительно корпусов 1 и 2, а цилиндрические выемки на торцах роторов выполнены с эксцентриситетами смещения И и И'' от центра последнего, равного сумме величины смещения Н выходного вала 14 относительно корпусов и величины эксцентриситета Э корректирующих эксцентриков, что равно радиусу хода R выемки роторов. В роторах 4 и 5 выполнены полости 23 для уменьшения массы. В корпусах 1 и 2 имеются впускные окна 24 и выпускные окна 25 и выполнены камеры 26 сгорания, в которые заходят форсунки 27, установленные в выемках 28 корпусов 1 и 2, к которым подсоединены топливопроводы 29, а корпуса имеют плиты 30 крепления и крепятся к промежуточной перегородке 9 с помощью шпилек 31 и 32. К выходному валу 14 крепится маховик 33 с шестерней маховика 34. Движение рабочей среды показано разными стрелками: впуск воздуха в двигатель стрелками 35, движение продувочного воздуха стрелками 36, а выпуск отработанных газов стрелками 37.

Двигатель работает следующим образом. Когда рабочий 6 и продувочный 7 поршни ротора 4 в переднем корпусе 1 займут крайнее положение, соответствующее показанному на фиг. 1, то находящийся в нижней части чертежа рабочий поршень 6 будет отклонен вправо до предела, а сжатый им воздух будет находиться в камере 26 сгорания и в него форсункой 27 впрыскивается топливо, при сгорании которого образуются газы высокого давления, которые при расширении заставляют отклоняться влево рабочий поршень 6, который передает усилие газов через корректирующий эксцентрик 19 и эксцентрик 17 промежуточного звена 16 на эксцентрик 15 выходного вала 14, вынуждая последний вращаться в принятом направлении, и при этом эксцентрик 15 выходного вала 14 и эксцентрик 17 промежуточного звена 16 будут вращаться в противоположных направлениях с одинаковыми угловыми скоростями, а корректирующий эксцентрик будет совершать возвратно-качательное движение на эксцентрике 17 промежуточного звена 16. Из фиг. 1 видно, что с левой стороны рабочего поршня 6 закончилось расширение газов и происходит выпуск отработанных газов 37 через выпускное окно 25 и совершается продувка другого рабочего отсека продувочным воздухом 36, который подается в него по выемке 8 из вышерасположенного отсека продувочным поршнем 7, с другой стороны которого в это время происходит впуск воздуха 35 через выпускное окно 24 во второй продувочный отсек. В дальнейшем при повороте ротора 4 по часовой стрелке продувочный поршень 7 и рабочий поршень 6 перекроют соответственно впускное 24 и выпускное 25 окна и тогда они начнут сжимать воздух соответственно в других продувочном и рабочем отсеках, что будет продолжаться до поворота этих поршней на угол θ. После того, как с левой стороны рабочего поршня 6 завершится сжатие воздуха и в камеру 26 сгорания будет впрыснуто топливо, в другом рабочем отсеке начнется расширение газов и рабочий поршень 6 начнет возвращаться в первоначальное положение. В заднем корпусе 2 все эти процессы совершаются со смещением на 90^о поворота выходного вала 14. При возвратно-вращательном движении поршней 6 и 7 центры О₄ и О₄'' эксцентриков 17 и 18 промежуточного звена 16 совершают возвратно-поступательное движение, которое обеспечивает возвратно-качательное движение корректирующих эксцентриков 19 и 20 в цилиндрических выемках 21 и 22 торцов роторов 4 и 5, в результате чего осуществляется преобразование возвратно-вращательного движения рабочего 6 и продувочного 7 поршней во вращательное движение выходного вала 14. При заданных величинах смещения Н выходного вала 14 относительно корпуса 1 и угла θ поворота ротора 4 величина эксцентриситета Е₁ эксцентрика 15 выходного вала 14 будет равна половине расстояния от центра О₂ выходного вала 14 до центра О₄ эксцентрика 17 промежуточного звена 16. По фиг. 3 проследим за работой механизма синхронизации движения рабочих и продувочных поршней и эксцентрикового вала, где отражено то, что при вращении эксцентрикового вала 14 в направлении, показанном стрелкой С₁, вместе с ним повернется и эксцентриситет Е₁ его эксцентрика 15 от горизонтального положения, соответствующего фиг. 1, на некоторый угол, который графически на чертеже равен 45^о, а эксцентриситет Е₂ эксцентрика 17 промежуточного звена 16 повернется в противоположном направлении, показанном стрелкой С₂, на такой же угол, потому что эксцентриситеты Е₁ и Е₂ равны и один конец первого, как центр О₂ эксцентрикового вала 14, неподвижен на оси Х и один конец второго как центр О₄ эксцентрика 17 промежуточного звена 16 перемещается по этой оси, а другие их концы соединены в точке О₃, что обеспечивается поворотом в направлении β₂ эксцентриситета Э корректирующего эксцентрика 19 и поворотом в направлении β₁ эксцентриситета смещения И цилиндрической выемки 21 ротора 4, а значит, и последний повернется в направлении β₁ вместе с рабочим 6 и продувочным 7 поршнями (на фиг. 3 обозначения элементов, принадлежащие одной детали, отражены через дробь). Как следует из схемы, при перемещении центра О₄ эксцентрика 17 между крайними точками А и В в момент его совпадения с промежуточной точкой О₂ все указанные эксцентриситеты будут лежать на одной линии. Из этого следует то, что радиус хода R центра О₅ цилиндрической выемки 21 ротора 4 должен быть равен сумме величин смещения Н эксцентрикового вала 14 относительно центра О₁ корпуса 1 и эксцентрисистета Э корректирующего эксцентрика 19, т.е. R Н + Э, а этому радиусу должен быть равен и эксцентриситет смещения И цилиндрической выемки 21 ротора 4, т.е. И R. Как следует из фиг. 3, отмеченное движение всех указанных эксцентриситетов обеспечивается безупречно до прихода их в промежуточное положение, но при попадании в него эксцентриситеты Е₁ и Е₂ наложатся друг на друга, а в этом случае эксцентрик 15 эксцентрикового вала 14 и эксцентрик 17 промежуточного звена 16 будут развернуты на 180^о и если они в это время за счет силы трения удержатся в таком положении, то на эксцентриковом вале 14 окажется как бы скрепленный с ним жестко цилиндрический выступ, вращение которого как единого целого с эксцентриковым валом 14 не будет вызывать движения эксцентриситетов Э и И, а соответственно, корректирующего эксцентрика 19 и цилиндрической выемки 21 ротора 4, а значит, последние остановятся в промежуточном положении и поэтому для вывода из этого состояния всех указанных звеньев предусмотрена другая рабочая полость заднего корпуса 2, в которой находятся детали, как и в переднем корпусе 1, и с такими же по величине эксцентриситетами Е₂'', Э'' и И'', связанными общим эксцентриком 15 с эксцентриситетом Е₁ это эксцентрик 18 промежуточного звена 16, корректирующий эксцентрик 20 и цилиндрическая выемка 22 ротора 5, которые работают со смещением на 90^о по сравнению с первой рабочей полостью переднего корпуса 1. Этим достигается в обеих рабочих полостях вывод взаимосвязанных звеньев из промежуточного положения, после перехода через которое все эти звенья будут совершать согласованное движение до прихода центра О₄ эксцентрика 17 промежуточного звена 16 в конечное положение В, в результате чего эксцентриситет И выемки ротора 21 ротора 4 повернется на угол θ, а рабочий 6 и компрессорный 7 поршни придут в другое крайнее положение. В задней рабочей полости перемещение центра О₄ эксцентрика 18 промежуточного звена 16 происходит по вертикальной оси Y между точками С и D, и этим обеспечивается возвратно-вращательное движение рабочего 6'' и продувочного 7'' поршней в заднем корпусе 2, в котором детали или их элементы на фиг. 3 отражены как невидимые пунктирными линиями, а номера позиций, однозначных с деталями переднего корпуса 1, показаны двумя штрихами. Предложенный механизм синхронизации возвратно-вращательного движения поршней роторов и вращения эксцентрикового вала является усовершенствованным механизмом самого простого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, в котором коленчатый вал заменен на эксцентриковый, а вместо ползунов применены корректирующие эксцентрики.

Роторный двигатель внутреннего сгорания имеет хорошие технико-экономические показатели. Он работает по экономичному дизельному циклу с прямоточной продувкой. Применение в нем эксцентрикового механизма синхронизации возвратно-вращательного движения поршней во вращательное движение эксцентрикового вала повышает надежность, упрощает конструкцию и уменьшает габариты двигателя.

Использование: роторные двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с цилиндрической рабочей полостью, разделенной диаметрально расположенными выступами на две камеры, ротор с двумя выступами, образующими рабочий и продувной поршни, и выемками в теле ротора для перепуска рабочей среды, боковые крышки и выходной вал. Двигатель снабжен второй рабочей полостью, развернутой относительно первой полости на 90°, выходной вал снабжен эксцентриком, общим для обеих полостей, на которых установлено промежуточное звено с двумя эксцентриками, взаимно развернутыми на 180°, на которых в каждой полости установлены корректирующие эксцентрики с возможностью возвратно-качательного движения в цилиндрических выемках торцов роторов, обращенных один к другому. Эксцентриситеты выходного вала и промежуточного звена равны между собой, эксцентриситет корректирующих эксцентриков равен величине смещения рабочих полостей относительно эксцентрика выходного вала. При вращении выходного вала двигателя промежуточное звено вращается в противоположном направлении с такой же угловой скоростью и этим обеспечивает возвратно-поступательное перемещение центров эксцентриков промежуточного звена и возвратно-вращательное движение рабочего и промежуточных поршней, необходимое для осуществления термодинамических процессов в двигателе. 3 ил.

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью, разделенной диаметрально расположенными выступами на две камеры, ротор с двумя выступами, образующими рабочий и продувочный поршни, и выемками в теле ротора для перепуска рабочей среды, боковые крышки и выходной вал, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при одновременном снижении габаритов, двигатель снабжен второй рабочей полостью, развернутой относительно первой полости на 90^o, выходной вал снабжен эксцентриком, общим для обеих полостей, на котором установлено промежуточное звено с двумя эксцентриками, взаимно развернутыми на 180^o, на которых в каждой полости установлены корректирующие эксцентрики с возможностью возвратно-качательного движения в цилиндрических выемках торцов роторов, обращенных один к другому, причем эксцентриситеты эксцентрика выходного вала и экспентриков промежуточного звена равны между собой, а эксцентриситет корректирующих эксцентриков равен величине смещения рабочих полостей относительно эксцентрика выходного вала.