РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F01C9/00 F02B53/00 

Изобретение относится к объемным машинам с качающимися рабочими органами, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Известен двухкамерный ДВС двойного действия, содержащий две рабочие полости, расположенные в цилиндрическом корпусе в виде противолежащих секторов полого цилиндра. В каждой полости радиально перемещается лопатка двухлопастного поршня, вал которого поворотно укреплен в оси цилиндрического корпуса и своим кривошипом шарнирно соединен с кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим качательное движение поршневого вала во вращательное выходного вала.

Недостатком известного двигателя является наличие кривошипно-шатунного механизма преобразования качательного движения поршневого вала во вращательное выходного вала, для которого характерны значительные инерционные нагрузки от шатунов, совершающих сложные движения, а также сложность кинематической схемы привода механизма газораспределения.

Цель изобретения упрощение конструкции, снижение инерционных нагрузок, улучшение технико-экономических характеристик двигателя за счет Ш-образного расположения основных вращающих элементов (валов), крестообразного расположения клапанов и применения бесшатунного механизма с изменяемой функцией преобразования качательного движения поршневого вала во вращательное выходного вала.

Цель достигается тем, что двигатель содержит неподвижный корпус с двумя противолежащими внутренними рабочими полостями в виде полых цилиндрических (сферических) секторов, каждая из которых разделена на две рабочие камеры одной из лопаток качающегося двухлопастного поршня, вал которого соединен с выходным и вспомогательным валами посредством бесшатунного механизма, состоящего из крестовины, качающаяся ось которой шарнирно установлена в соосных отверстиях закрепленной на поршневом валу вилки, а вращающаяся ось установлена под постоянным или изменяемым углом α, меньшим 90^о, к оси выходного и вспомогательного валов, причем оси поршневого и распределительных валов расположены в одной плоскости, параллельны между собой и перпендикулярны оси выходного и вспомогательного валов, а клапаны газораспределительного механизма расположены со скрещенными стержнями (крестообразно).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый двигатель отличается Ш-образным расположением поршневого, распределительных, выходного и вспомогательного валов, крестообразным расположением клапанов и применением бесшатунного механизма с постоянной (α=const) или переменной (α= var) функцией преобразования качательного движения поршневого вала во вращательное выходного вала.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого двигателя; на фиг. 2-сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 и 4 варианты выполнения бесшатунного механизма с изменяемым углом α, т.е. с переменной функцией преобразования качательного движения во вращательное.

Двигатель содержит две рабочие полости в форме противолежащих секторов полого цилиндра, каждая из которых ограничена внутренними стенками верхней 1 и нижней 2 половин корпуса, гильзами 3 и торцевыми крышками 4 и 5, и разделена на две рабочие камеры одной из лопаток двухлопастного качающегося поршня 6. На шлицевом конце поршневого вала с возможностью осевого перемещения установлена вилка 7, соединенная с цапфами качающейся оси O₁ крестовины 8. Цапфы вращающейся оси О₂ крестовины 8 установлены в подшипниках кривошипов выходного 9 и вспомогательного 10 валов, образуя между осью последних и вращающейся осью О₂ крестовины 8 угол α, равный 45^о. Вариант выполнения бесшатунного механизма с переменным углом α реализуется, например, путем применения сферических шарниров S₁ и S₂ соединяющих вращающуюся ось крестовины 8 с промежуточными звеньями 11 и 12, которые, в свою очередь, соединены цилиндрическими шарнирами С₁ и С₂ с выходным 9 и вспомогательным 10 валами. Последние имеют возможность осевого перемещения, величина которого задается управляющим органом 13, что приводит к изменению угла α. Тем самым изменяется амплитуда качательного движения поршня 6 и, соответственно, рабочий объем и степень сжатия двигателя. Другим вариантом реализации переменной функции преобразования качательного движения во вращательное может быть применение промежуточного звена 24, образующего своей центральной частью цилиндрическое шарнирное соединение с вращающейся осью О₂ крестовины 8 и связанного тороидальными плунжерами с кривошипами выходного 9 и вспомогательного 10 валов. В этом случае изменение угла происходит путем уменьшения или увеличения объема рабочей жидкости (например масла) в управляемых полостях А и В.

Выходной 9 и вспомогательный 10 валы посредством конических зубчатых передач Z₁ и Z₂ с передаточным отношением i=2 приводят во вращение, соответственно, верхний 14 и нижний 15 кулачковые распределительные валы клапанного газораспределительного механизма, состоящего также из подпружиненных с помощью пружин 16 впускных 17 и выпускных 18 клапанов, установленных со скрещивающимися стержнями в запрессованных в корпусе направляющих 19, и двуплечих рычагов 20, шарнирно посаженных на штанги 21, установленные в крышках 22 верхней 1 и нижней 2 половин корпуса. Регулировочные шайбы 23 предусмотрены для регулировки тепловых зазоров в приводе газораспределительного механизма.

В торцевых крышках 4 и 5, в верхней 1 и нижней 2 половинах корпуса выполнены впускные К₁ и выпускные К₂ каналы для движения рабочего тела.

Двигатель работает по четырехтактному циклу аналогично классическому порш- невому двигателю двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом. Двухлопастный поршень 6, совершая под действием давления рабочих газов периодические качательные движения из одного крайнего положения в другое с амплитудой ±α, приводит во вращение посредством бесшатунного крестовинного механизма выходной 9 и вспомогательный 10 валы таким образом, что для каждой из рабочих камер за два оборота выходного или один оборот распределительного валов совершается полый четырехтактный цикл ДВС: впуск (I), сжатие (II), воспламенение и рабочий ход (III), выпуск (IV).

Изобретение позволяет значительно упростить конструкцию двигателя, снизить уровень инерционных нагрузок, повысить плавность его работы. Возможность оперативного изменения степени сжатия, достигаемого относительно простым путем, позволяет значительно улучшить и расширить важнейшие эксплуатационные свойства двигателя: пусковые качества, требования к топливу, экономичность, токсичность выхлопных газов.

Использование: в объемных машинах с качающимися рабочими органами в частности в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания содержит концентрично установленный в корпусе двухлопастной ротор 6, два распределительных вала 14 и 15 системы клапанного распределения, механизм преобразования качательного движения вала ротора 6 во вращательное выходного вала 9 и расположенный соосно последнему вспомогательный вал 10. Валы 9 и 10 расположены перпендикулярно валу ротора 6 и связаны с распределительными валами 14 и 15 коническими зубчатыми передачами. Механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала 9 выполнен в виде установленной на валу ротора 6 вилки 7 и крестовины 8, закрепленной в соосных отверстиях последней и связанной с выходными и вспомогательными валами, при этом крестовина 8 может быть установлена под переменным углом к осям последних. Клапаны 17 и 18 системы газораспределения установлены в корпусе крестообразно. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, концентрично установленный в последнем с образованием четырех рабочих камер двухлопастной качающийся ротор, два распределительных вала системы клапанного газораспределения, расположенных параллельно валу ротора по разные стороны относительно его лопастей, и механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала, отличающийся тем, что он снабжен вспомогательным валом, последний и выходной валы расположены соосно, перпендикулярно к валу и связаны с распределительными валами коническими зубчатыми передачами, при этом механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала выполнен в виде установленной на валу ротора вилки и закрепленной в соосных отверстиях последней и связанной с выходным и вспомогательным валами крестовины. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что клапаны системы газораспределения установлены в корпусе крестообразно. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что крестовина установлена под переменным углом к осям выходного и вспомогательного валов.