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

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в роторных двигателях внутреннего сгорания транспортных средств.

Известны роторные двигатели внутреннего сгорания с планетарным движением ротора-поршня, выполненные по схеме Ф.Ванкеля.

За прототип выбран роторный двигатель внутреннего сгорания, который содержит разъемный корпус со средствами газораспределения, имеющий цилиндрическую рабочую камеру, в полость которой помещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, жестко соединенные с коаксиальными валами, на концах которых жестко закреплены кривошипы со свободно установленными на них ползунами, подвижно помещенными в диаметральном пазу диска, выполненного заодно с выходным валом, ось которого параллельно смещена относительно оси коаксиальных валов, выходной вал соединен с нагнетателем.

Задача изобретения снижение теплонапряженности поршней и увеличение технического ресурса двигателя.

Решение задачи достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем разъемный корпус со средствами газораспределения, имеющий цилиндрическую рабочую камеру, в полость которой помещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, жестко соединенные с коаксиальными валами, на концах которых жестко закреплены кривошипы со свободно установленными на них ползунами, подвижно помещенными в диаметральном пазу диска, выполненного заодно с выходным валом, ось которого параллельно смещена относительно оси коаксиальных валов, выходной вал соединен с нагнетателем, согласно изобретению в поршнях выполнены герметичные полости, в которые на 40-60% объема помещен металл или сплав металлов с температурой плавления 80-100^оС, а средства газораспределения выполнены в виде золотников для впуска сжатого воздуха и выпуска отработанного газа, представляющих собой поворотные заслонки симметричного обтекаемого профиля, при этом золотник для впуска сжатого воздуха соединен посредством трубопровода с выпускным патрубком нагнетателя.

На фиг.1 показан роторный двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 и 6 схемы работы механизма, кинематически связывающего коаксиальные валы с выходным валом; на фиг.7 и 8 схемы движения в полостях поршней легкоплавкого металла или сплава металлов.

В корпусе 1, имеющем цилиндрическую рабочую камеру 2, установлены форсунка 3, золотник 4 для впуска воздуха и золотник 5 для выпуска отработанного газа. Золотники выполнены в виде поворотных заслонок симметричного обтекаемого профиля. Корпус 1 закрыт крышками 6, 7. Корпус 1 и крышки 6, 7 имеют сообщающиеся полости 8 для охлаждающей жидкости. В крышке 6 по оси рабочей камеры 2 установлены подшипник 9 и кольцевое газовое и масляное уплотнение 10. В крышке 7 также по оси рабочей камеры 2 установлены подшипник 11 и кольцевое газовое и масляное уплотнение 12.

В полости рабочей камеры 2 установлены лопастный поршень 13, жестко соединенный с валом 14, и лопастный поршень 15, жестко соединенный с валом 16. Поршни 13, 15 имеют газовые и масляные уплотнения 17, герметичные полости 18, заполненные на 40-60% объема металлом или сплавом металлов 19 с температурой плавления 80-100^оС. Можно использовать, например, натрий с температурой плавления 97, 83^оС. На рабочих поверхностях поршней 13, 15 со стороны цилиндрических поверхностей симметрично продольным осям симметрии выполнены углубления 20 в виде полуцилиндров. Валы 14, 16 взаимно опираются через подшипники 21 и опираются на подшипники 9, 11. В валу 16 выполнены сверление 22 для подвода моторного масла к опорам и поршням 13, 15 и сверление 23 для его отвода.

К крышке 6 герметично подсоединен корпус 24 механизма, в полости которого размещены кривошип 25, жестко закрепленный на валу 16, и кривошип 26, жестко закрепленный на валу 14. Кривошипы 25, 26 имеют противовесы 27. На одинаковом расстоянии от оси вращения кривошипов 25, 26 в них выполнены отверстия, в которых жестко закреплены оси 28, 29, на которые на подшипниках установлены ползуны 30, 31. В корпусе 24 на подшипниках 32 установлен выходной вал 33, выполненный заодно с диском 34. Осевая линия выходного вала 33 и диска 34 параллельно смещена относительно осевой линии валов 14, 16. В диске 34 выполнен диаметральный паз 35, в котором подвижно установлены ползуны 30, 31. На выходном валу 33 жестко установлена шестерня 36 привода нагнетателя 37, золотников 4, 5 и агрегатов обслуживающих систем.

В рабочей камере 2 образованы два рабочих объема I и II (фиг.5, 6), ограниченных рабочими поверхностями поршней 13, 15, цилиндрической поверхностью рабочей камеры 2, внутренними плоскими поверхностями крышек 6, 7. Герметизируются рабочие объемы газовыми и масляными уплотнениями 10, 12, 17.

Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При вращении выходного вала 33 с диском 34 с постоянной угловой скоростью поршни 13, 15 будут вращаться с переменной угловой скоростью, что приведет к циклическим изменениям рабочих объемов I и II. На фиг.5 показано положение поршней, когда рабочий объем I минимальный, а рабочий объем II максимальный. В рабочем объеме I происходит самовоспламенение топлива, поданного форсункой 3. В рабочем объеме II при открытых золотниках 4, 5 происходит очистка от продуктов сгорания, охлаждение внутренних поверхностей потоком сжатого воздуха и наполнение рабочего объема свежим зарядом. Сжатый воздух для осуществления указанных процессов подает нагнетатель 37. Управление потоком воздуха осуществляют золотники 4, 5.

На фиг.6 в рабочем объеме I происходит расширение газа при закрытом золотнике 5 и совершение полезной работы, в рабочем объеме II при закрытом золотнике 4 происходит сжатие воздуха.

В работающем двигателе легкоплавкий металл или сплав металлов, частично заполняющий герметичные полости 18 поршней 13, 15, находится в жидком состоянии и благодаря неравномерному вращению поршней 13, 15 соприкасается поочередно то с одной, то с другой радиальной поверхностью полости 18 (фиг.7, 8). Жидкий теплоноситель, обладающий определенной теплоемкостью, переносит тепло от одной радиальной стенки полости 18 к другой, исключая местные перегревы поршней 13, 15 и их термическую деформацию. Направленный золотником 4 поток сжатого в нагнетателе 37 воздуха, перемещаясь вдоль рабочей поверхности поршней 13, 15, рабочей камеры 2, крышек 6, 7, охлаждает их.

Неуравновешенные массы двигателя совершают вращательное движение и полностью уравновешиваются противовесами 27, установленными на кривошипах 25, 26.

В предложенном двигателе камеры сгорания представляют собой при сближении поршней 13, 15 тела вращения (цилиндры), выходящие на цилиндрическую поверхность. При соединении рабочих поверхностей поршней 13, 15 осевые линии цилиндрических камер сгорания совпадают с осью форсунки 3, что обеспечивает хорошее смесеобразование, соответствующее поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Подаваемое по сверлению 22 моторное масло обеспечивает смазку трущихся поверхностей и подшипников 9, 11, 21 роторной части двигателя. Сливается масло по сверлению 23.

Статорная часть двигателя охлаждается жидкостью, циркулирующей в полостях 8.

Предложенное техническое решение позволяет исключить местные перегревы поршней 13, 15 и их термическую деформацию, что увеличивает технический ресурс двигателя.

Использование: в производстве роторных двигателей внутреннего сгорания для транспортных средств. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус с цилиндрической рабочей камерой, форсункой, золотниками газораспределения. В полости рабочей камеры установлены лопастные поршни, жестко соединенные с валами. Поршни имеют газовые и масляные уплотнения, полуцилиндрические углубления и герметичные полости, заполненные на 40 60% металлом или сплавом металлов с температурой плавления 80 100°С. На валах жестко закреплены кривошипы с ползунами, которые подвижно установлены в диаметральном пазу диска, выполненного заодно с выходным валом, ось которого параллельно смещена относительно оси указанных валов. Положительный эффект: исключение местных перегревов поршней и их термической деформации, улучшение смесеобразования. 8 ил.

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с торцевыми крышками и цилиндрической рабочей камерой, в которой установлены сопряженные с ней поршни с газовыми и масляными уплотнениями, жестко связанные с валами и кинематически с силовым механизмом и выходным валом, установленным в его корпусе, нагнетатель и золотники, причем силовой механизм включает выходное звено с пазом, жестко связанное с выходным валом, установленным с возможностью вращения в корпусе механизма, кривошипы, жестко связанные с осями, установленными в отверстиях кривошипов, и установленные по концам валов, а также ползуны, установленные в пазу выходного звена и кинематически связанные с осями кривошипов, выполненных на одинаковом расстоянии от оси их вращения, отличающийся тем, что в поршнях выполнены герметические полости, от 40 до 60% которых заполнены металлом или сплавом с температурой плавления от 80 до 100^oС, и камеры сгорания в виде радиально расположенных полуцилиндрических углублений, симметричных продольной оси симметрии камеры, выполненных на рабочих поверхностях поршней со стороны их цилиндрической части.