РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с профилированной рабочей камерой, выходной вал с цилиндрическим ротором, в радиальных пазах которого установлены разделительные полые лопатки с расположенными внутри них камерами высокого давления, связанными входными отверстиями через обратные клапаны с полостью всасывания, а перекрываемыми выпускными отверстиями в задних по направлению вращения стенках с полостью камеры сгорания (авт. св. СССР N 1565352, F 02 B 53/00, 1990).

Наличие в известном роторном двигателе подпоршневых пружин, обратных клапанов и профилированная конфигурация рабочей камеры усложняют его конструкцию. Кроме того, пружинные механизмы не надежны при работе в высокотемпературных условиях.

Наиболее близким к заявляемому двигателю по технической сущности и достигаемому результату является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с профилированной рабочей камерой, в которой установлен цилиндрический ротор с гнездами под качающиеся поршни, снабженные камерами сгорания. Корпус закрыт торцевыми крышками. Этот двигатель оснащен системой газообмена, образованной впускными и выпускными окнами, свечами зажигания, перепускными каналами с обратными клапанами, разделяющими подпоршневые объемы и камеру сгорания. Поршни снабжены пружинами, выталкивающими их из гнезд, когда поршни пройдут выступы профилированной камеры. Поршни и корпус имеют уплотнения ( авт. св. СССР N 1017803, F 02 B 53/00, 1983).

Наличие в этом двигателе профилированной рабочей камеры и выталкивающих поршни пружин усложняет его конструкцию. Кроме того, у него сложная система газообмена, обусловленная наличием перепускных каналов и обратных клапанов. Данный двигатель также не обеспечивает достаточной герметичности надпоршневых рабочих объемов по двум причинам. Во-первых, одним из факторов, определяющих герметичность рабочих объемов, являются усилия поджатия поршней к стенке рабочей камеры, которые пропорциональны упругости пружин, снижающейся при работе в высокотемпературных условиях.

Во-вторых, поршни, имеющие в поперечном сечении треугольную конфигурацию, при образовании рабочих объемов прижимаются к стенке рабочей камеры одним из своих ребер, что затрудняет герметизацию этих объемов, так как герметичность пропорциональна площади контакта соприкасающихся поверхностей. Линейная же форма контакта поршней со стенкой рабочей камеры позволяет использовать в нем только один ряд уплотнений.

Таким образом, при конструировании роторных двигателей внутреннего сгорания возникают проблемы, связанные с упрощением конструкции и повышением герметичности рабочего объема.

Задача по упрощению конструкции и повышению герметичности рабочего объема решается тем, что в известном роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус, торцевые крышки, систему газообмена, выполненную в виде впускных и выпускных окон, и свечи зажигания, цилиндрический ротор с гнездами, в которых установлены качающиеся поршни, снабженные камерами сгорания, согласно изобретению, рабочая поверхность корпуса выполнена цилиндрической, а свободные концы поршней оснащены кронштейнами, на которых смонтированы ведущие ролики, установленные в закрепленном на торцевой крышке направляющем желобе, имеющем форму эллипса или цилиндра с диаметрально расположенными рабочими выступами.

Отличительные признаки являются существенными, т. к. каждый из них необходим, а все вместе с ограничительными достаточны для решения поставленной задачи. Так, выполнение рабочей поверхности корпуса цилиндрической упрощает конфигурацию этой поверхности и, следовательно, упрощает конструкцию двигателя в целом.

В свою очередь, выполнение рабочей поверхности корпуса цилиндрической становится возможным, благодаря введению закрепленного на торцевой крышке направляющего желоба и установленных в нем ведущих роликов, жестко связанных с поршнями. Действительно, выступы на рабочей поверхности корпуса и подпоршневые пружины в известном решении предназначены для придания поршням возвратно-поступательного движения к центру ротора и от центра. Такое перемещение поршней необходимо для обеспечения работоспособности двигателя. Так, в положении поршня, полностью убранного в ротор, камера сгорания замкнута, чем создаются оптимальные условия для сжатия топливо-воздушной смеси и ее воспламенении. При выдвижении поршня камера сгорания сообщается с рабочим объемом, а поршень, воспринимая давление продуктов сгорания, вращает ротор. В предлагаемом двигателе качательные движения поршней совершаются за счет движения ведущих роликов по направляющему желобу, т. е. исключается необходимость профилированной рабочей поверхности и подпоршневых пружин. Выполнение механизма качания поршней в виде направляющего желоба с установленными в нем ведущими роликами обуславливает то, что при работе двигателя поршни не выходят из ротора, а наоборот утапливаются в него. Поэтому камера сгорания во время работы двигателя постоянно находится в рабочем объеме, следовательно отпадает необходимость в перепускных каналах и обратных клапанах.

Цилиндрическая форма рабочей камеры улучшает герметизацию рабочих объемов, т. к. в местах контакта перемещающихся друг относительно друга деталей, ограничивающих рабочий объем (корпус, ротор, поршни), становится возможной установка необходимого числа уплотнителей, а не одного, как в известном двигателе.

Предлагаемый двигатель отвечает критерию "изобретательский уровень", т. к. отличительные признаки в исследованных аналогах не обнаружены.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез двигателя с направляющим желобом цилиндрической формы и рабочими выступами; на фиг. 2 поперечный разрез двигателя с направляющим желобом эллипсной формы; на фиг. 3 продольный разрез двигателя; на фиг. 4 общий вид поршня; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 4.

Пример 1. Роторный двигатель содержит корпус 1, имеющий цилиндрическую рабочую поверхность и закрытый торцевыми крышками 2. В торцевых крышках 2 на подшипниках качения 3 установлен центральный вал 4, на котором на шпонке 5 установлен цилиндрический ротор 6. В теле цилиндрического ротора 6 выфрезированы гнезда 7, в которых на осях 8 смонтированы качающиеся поршни 9. Свободный конец поршня 9 выполнен с кронштейном 10 с впрессованной в него осью 11 ведущего ролика 12. Ведущие ролики 12 всех поршней 9 установлены в направляющем желобе 13, прикрепленном к одной из торцевых крышек 2. Желоб 13 имеет цилиндрическую форму с двумя рабочими выступами 14 и 15. В стенках корпуса 1 выполнены впускные 16 и выпускные 17 окна, а также отверстие для установки свечи зажигания 18. Для обеспечения герметичности, повышающей эффективность двигателя, предусмотрены уплотнения 19, установленные в продольных пазах ротора 6 между качающимися поршнями, и уплотнения 20 поршней 9. Каждый поршень 9 со стороны поверхности, сопряженной с рабочей поверхностью корпуса 1, имеет полость, образующую камеру сгорания 21. Гнезда 7 закрыты фланцами 22.

Работает двигатель следующим образом. Рассмотрим работу на примере одного поршня, начиная с момента его нахождения против впускных окон 16. При вращении ротора 6 ведущий ролик 12 проходит цилиндрическую часть желоба 13. В этом момент свободный конец поршня 9 отведен от рабочей поверхности корпуса 1. В результате в гнезде 7 между поршнем 9 и рабочей поверхностью корпуса 1 образуется полость всасывания, в которую через впускные окна 16 поступит топливо-воздушная смесь. При дальнейшем вращении ротора поршень 6 проходит окна 16, отделяется от них уплотнениями 19, а ведущий ролик 12 начинает накатываться на расположенный против свечи зажигания 18 рабочий выступ 14 желоба 13. При этом свободный конец качающегося поршня поднимается к рабочей поверхности корпуса 1, сжимая топливо-воздушную смесь. Когда ведущий ролик 12 проходит вершину рабочего выступа 14 наступает максимальная степень сжатия топливо-воздушной смеси, срабатывает свеча зажигания 18. Топливо воспламеняется. Продукты сгорания топливо-воздушной смеси давят на рабочую поверхность поршня 9. Это усилие передается через ведущий ролик 12 на внутреннюю стенку желоба 13. А поскольку ролик 12 уже находится на наклонном участке выступа, оно разлагается на усилие давления ролика 12 на желоб 13 и на усилие вращения ротора 6. Чем круче рабочий выступ 14, тем больше составляющая вращения ротора. После прохождения ведущим роликом 12 второго цилиндрического участка, когда свободный конец поршня 6 отодвинут от рабочей поверхности корпуса 1 ролик 12 набегает на рабочий выступ 15, при этом свободный конец поршня поджимается к рабочей поверхности корпуса 1, и поршень выталкивает отработанные газы в выпускные окна 17. Затем цикл повторяется. За один оборот ротора все поршни 9 совершают полный термодинамический цикл.

Пример 2. Реализуется по примеру 1 за исключением того, что направляющий желоб 13 выполнен эллипсной формы. Этот вариант характеризуется более плавной работой.

Использование: изобретение относится к двигателестроению. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1 с цилиндрической рабочей камерой, торцевые крышки 2, к одной из которых прикреплен направляющий желоб 13, имеющий форму эллипса или цилиндра с двумя диаметрально расположенными выступами 14 и 15. В корпусе установлен цилиндрический ротор 6 с гнездами 7, в которых установлены качающиеся поршни 9, снабженные камерами сгорания 21. Свободные концы поршней 9 оснащены кронштейнами 10, на которых смонтированы ведущие ролики 12, установленные в направляющем желобе 13, двигатель содержит также систему газообмена, выполненную в виде впускных 16, выпускных 17 окон, и свечи зажигания 18. 5 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, торцовые крышки, систему газообмена, выполненную в виде впускных и выпускных окон и свечи зажигания, цилиндрический ротор с гнездами, в которых установлены качающиеся поршни, снабженные камерами сгорания, отличающийся тем, что рабочая поверхность корпуса выполнена цилиндрической, а свободные концы поршней оснащены кронштейнами, на которых смонтированы ведущие ролики, установленные в закрепленном на торцовой крышке направляющем желобе, имеющем форму эллипса или цилиндра с диаметрально расположенными рабочими выступами.