РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания.

Известны роторно-лопастные двигатели внутреннего сгорания, содержащие установленный в кольцевой камере с возможностью колебательного движения поршень с лопатками, которые при его перемещении обеспечивают увеличение или уменьшение объемов полостей камеры (патент Франции N 2206789 кл. F 02 B 53/00, 1972).

Недостатком этого двигателя является его невысокая надежность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому является роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе соосно ему с возможностью колебательного движения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, уплотненными относительно указанной поверхности корпуса и образующими с указанными перегородками четное количество камер, закрепленные на торцах корпуса впускной и выпускной коллекторы для подачи в камеры горячей смеси и выпуска отработанных газов, и связанный с ротором вал для снятия крутящего момента.

Недостатком этого двигателя является то, что он имеет ограниченные функциональные возможности вследствие наличия одного вала, вращающегося в одном направлении, а также невысокая эффективность, поскольку при его работе возникают значительные динамические нагрузки на валу ротора и на коленчатом валу, воспринимающем момент от вала ротора, что значительно снижает механический КПД двигателя.

Техническим результатом, на достижение которого направлен заявляемый двигатель, является расширение его функциональных возможностей при одновременном повышении его эффективности за счет того, что в нем полностью устранены динамические нагрузки на вал ротора и паразитирующие силовые контакты между сопряженными деталями, что повышает механический КПД и надежность.

Для достижения указанного технического результата в известном роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью колебательного движения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, уплотненными относительно указанной поверхности корпуса и образующими с указанными перегородками четное количество камер, закрепленные на торцах корпуса впускной и выпускной коллекторы для подачи в камеры горючей смеси и выпуска отработанных газов, и связанный с ротором вал для снятия крутящего момента, вал образован наружной и внутренней коаксиальными секциями, смонтированными с возможностью вращения в противоположных направлениях относительно друг друга, причем наружная секция выполнена трубчатой, ее наружный конец расположен за пределами корпуса, а внутренний конец выполнен заодно с обоймой, взаимодействующей через первую муфту свободного хода с ротором, а внутренняя выполнена с наружным концом, выступающим за пределы указанного наружного конца наружной секции и с внутренним концом, лежащим в пределах корпуса и несущим обойму, размещенную внутри указанной обоймы наружной секции и взаимодействующую своей внутренней поверхностью через вторую муфту свободного хода с ротором для реализации противоположного по направлению действия первой муфте, крутящего момента.

При этом каждая муфта образована диаметрально расположенными сегментами и охватывающими их криволинейные поверхности, колодками, взаимодействующими своими поверхностями с внутренней поверхностью обоймы соответствующей муфты, причем сегменты обеих муфт выполнены в виде единой детали.

На фиг.1 изображен продольный разрез двигателя.

На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1.

На фиг.3 изображено сечение Б-Б фиг.1.

На фиг.4 изображены сегменты муфт свободного хода.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрической внутренней поверхностью. Корпус имеет равномерно распределенные по его окружности радиальные перегородки 2. В корпусе соосно ему смонтирован с возможностью колебательного движения вокруг своей оси ротор 3 с радиальными лопастями 4, уплотненными относительно указанной поверхности корпуса. Лопасти 4 совместно с перегородками 2 ограничивают рабочие камеры "а" и нагнетательные камеры "б". На торце корпуса закреплен впускной коллектор, образованный стенкой 5 и стенкой 6. В стенках 5 и 6 выполнены окна для прохода горючей смеси в нагнетательные камеры и в стенках 5-перепускные каналы (условно не показаны), связывающие между собой камеры "а" и "б". Окна стенки 5 выведены в кольцевой канал 7 и в канал 8 крышки. Выпускной коллектор образован стенкой 9 и стенкой 10. В стенке 9 выполнены окна 11, а в стенке 10 кольцевой канал 12 и окно 13 для выпуска отработанных газов. Вал двигателя образован коаксиальными наружной трубчатой секцией 14 и внутренней секцией 15. Наружный конец секции 14 расположен за пределами корпуса, а ее внутренний конец выполнен с обоймой 16. Эта обойма взаимодействует с ротором 3 через первую муфту свободного хода, образованную сегментами 17, расположенными диаметрально и смонтированными с возможностью перемещения своей плоской поверхностью поперек продольной оси ротора по сопряженной с ней плоской поверхности последнего, и колодками 18, взаимодействующими своими наружными поверхностями с обоймой 16 и внутренними поверхностями с криволинейной поверхностью сегментов 17. Внутренняя секция 15 вала выполнена с наружным концом, выступающим за пределы наружной секции. Внутренний конец этой секции лежит в пределах корпуса и выполнен с обоймой 19, расположенной внутри обоймы 16 наружной секции вала и взаимодействующей с ротором 3 через вторую муфту свободного хода. Вторая муфта образована диаметрально расположенными сегментами 20 (смонтированными на роторе 3 аналогично сегментам 17 первой муфты) и колодками 21, взаимодействующими с этими сегментами и обоймой 19 аналогично первой муфте. Сегменты 17 и 20 смещены относительно друг друга в поперечном направлении на величину "l" и выполнены в виде единой детали.

Двигатель работает следующим образом. Посредством пускового механизма (условно не показан) сообщает ротору 3 колебательное движение вокруг его оси, в результате через окна стенок 5 и 6 из канала 8 горючая смесь засасывается в нагнетательные камеры "б" и по перепускным каналам в стенке 5 попадает в рабочие камеры "а". После продолжения сообщения ротору 3 колебательного движения в одной рабочей камере "а" происходит сжатие горячей смеси до величины, при которой происходит воспламенение горячей смеси (в соответствии с рабочим процессом двухтактного компрессионного двигателя) и осуществляется рабочий ход ротора в одном направлении. Развиваемый при этом крутящий момент передается через первую муфту свободного хода на обойму 16 секции 14 вала. Передача момента происходит благодаря тому, что под действием центробежной силы при вращении ротора 3 сегменты 17 перемещаются в одном направлении своей плоской поверхностью по сопряженной с ней плоской поверхности ротора 3, прижимая колодки 18 к внутренней поверхности обоймы 16 и обеспечивая поворот секции 14 вала в одном направлении. При рабочем ходе в одних рабочих камерах "а", в других камерах происходит сжатие горючей смеси до величины, при которой происходит воспламенение горючей смеси и осуществляется рабочий ход ротора в противоположном направлении. Развиваемый при этом крутящий момент передается через вторую муфту свободного хода на обойму 19 секции 15 вала. При этом передача момента происходит благодаря тому, что под действием центробежной силы при вращении ротора 3 сегменты 20 перемещаются в противоположном направлении своей плоской поверхностью по сопряженной с ней плоской поверхности ротора, прижимая колодки 21 к внутренней поверхности обоймы 19 и обеспечивая поворот секции 15 вала в противоположном направлении.

Описанная конструкция двигателя обеспечивает расширение его функциональных возможностей благодаря обеспечению возможности вращения его валов в противоположных направлениях, что может быть использовано в конструкции вертолетов. При использовании дополнительного преобразователя, связывающего указанные валы двигателя, выходной вал преобразователя будет иметь однонаправленное вращение и двигатель может быть использован для наземных транспортных средств.

Использование: для привода транспортных средств. Сущность изобретения: роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрической внутренней поверхностью и равномерно распределенными по окружности радиальными перегородками. В корпусе соосно ему смонтирован с возможностью колебательного движения вокруг его оси ротор 3 с радиальными лопастями, уплотненными относительно внутренней поверхности корпуса. Лопасти и перегородки ограничивают рабочие камеры "а" и нагнетательные камеры. На торце корпуса закреплен впускной коллектор, образованный стенкой 5 и стенкой 6. В стенках выполнены окна для прохода горючей смеси в нагнетательные камеры, а в стенках 5 перепускные каналы, связывающие между собой рабочие и нагнетательные камеры. Окна стенки 5 выведены в кольцевой канал 7 и в канал в крышки корпуса. Выпускной коллектор образован стенками 9, 10. В стенке 9 выполнены окна 11, а в стенке 10 - кольцевой канал 12 и окна 13 для выпуска отработанных газов. Вал двигателя образован коаксиальными наружной трубчатой секцией 14 и внутренней секцией 15. Наружный конец секции 14 расположен за пределами корпуса, а ее внутренний конец выполнен с обоймой 16. Эта обойма взаимодействует с ротором 3 через первую муфту свободного хода, образованную сегментами, расположенными диаметрально и смонтированными с возможностью перемещения своей плоской поверхностью по сопряженной с ней плоской поверхности ротора, и колодками 18, взаимодействующими своими наружными поверхностями с обоймой 16, а внутренними - с криволинейными поверхностями сегментов. Внутренняя секция 15 выполнена с наружным концом, выступающим за пределы наружной секции. Внутренний конец секции лежит в пределах корпуса и выполнен с обоймой 19, расположенной внутри обоймы 16 наружной секции и взаимодействующей с ротором 3 через вторую муфту свободного хода. Последняя образована сегментами, смонтированными на роторе аналогично сегментам первой муфты, и колодками 21, взаимодействующими с этими сегментами и обоймой 19 аналогично первой муфте. Сегменты смещены относительно друг друга на величину l и выполнены в виде единой детали. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью колебательного движения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, уплотненными относительно указанной поверхности корпуса и образующими с указанными перегородками четное количество камер, закрепленные на торцах корпуса впускной и выпускной коллекторы для подачи в камеры горючей смеси и выпуска отработанных газов и связанный с ротором вал для снятия крутящего момента, отличающийся тем, что вал образован наружной и внутренней коаксиальными секциями, смонтированными с возможностью вращения в противоположных направлениях относительно друг друга, причем наружная секция выполнена трубчатой, ее наружный конец расположен за пределами корпуса, а внутренний конец выполнен заодно с обоймой, взаимодействующей через первую муфту свободного хода с ротором, а внутренняя секция выполнена с наружным концом, выступающим за пределы указанного наружного конца наружной секции, и с внутренним концом, лежащим в пределах корпуса и несущим обойму, размещенную внутри указанной обоймы наружной секции и взаимодействующую своей внутренней поверхностью через вторую муфту свободного хода с ротором для реализации противоположного по направлению действия первой муфты крутящего момента. 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что каждая муфта образована диаметрально расположенными сегментами и охватывающими их криволинейные поверхности колодками, взаимодействующими своими наружными поверхностями с внутренней поверхностью обоймы соответствующей муфты, причем сегменты обеих муфт выполнены в виде единой детали.