РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в автомобилях.

Аналогом может служить роторно-поршневой двигатель, состоящий из цилиндрического корпуса, ротора с двумя диаметрально противоположными размещенными парами сегментообразных поршней [1]
За прототип принят роторно-поршневой двигатель, состоящий из кольцевого цилиндра, двух диаметрально противоположных размещенных пар сегментообразных поршней, штоков, на которые крепятся поршни, двух валов, один расположен в другом, крышек, которыми перекрываются прорези во внутренней стенке цилиндра для прохода штоков валов [2]
Предложенные двигатели имеют ряд недостатков: в частности, количество поршней может быть только четыре. Наличие двух валов и нахождение одного в другом усложняет технологию производства. А также расположение прорези во внутренней стенке не позволяет крышкам обеспечить герметизацию полости кольцевого цилиндра. Эти условия не позволяют создавать на базе этой модели много модификаций, а также принять ее для массового производства.

Для устранения этих недостатков предлагается переместить прорезь для прохода штоков с внутренней на боковую стенку кольцевого цилиндра и разместить в ней (прорези) вращающуюся стенку, представляющую собой металлическое кольцо с упругими кольцевыми уплотнениями во внутренних и внешних ребрах. А также использовать выносные камеры сгорания, располагающиеся на кольцевом цилиндре, отделенные механически управляемой заслонкой, снабженной амортизатором, заполняемым отработанными газами двигателя.

При использовании этих технических решений будем иметь многомодификационный двигатель, простой в технологическом использовании, приемлемый для массового производства.

На фиг.1 изображен участок кольцевого цилиндра с камерой сгорания и механически управляемой заслонкой с газовым амортизатором; на фиг.2 проход поршнем участка камеры сгорания; на фиг.3 поперечный разрез камеры сгорания и кольцевого цилиндра.

Предложенный двигатель состоит из кольцевого цилиндра 1 с полостью A, на котором расположен клапан 2 для выпуска отработанных газов из полости A, и клапана 3 для выдачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания типа камеры сгорания 4 с полостью B, расположенной на внешней стенке кольцевого цилиндра 1 с клапаном для подачи топливовоздушной смеси 5 и выпускным каналом 6, отделенной от полости A заслонкой 7, которая имеет круглую форму размером чуть менее размера внутренней окружности полости A и B, на ребрах располагаются чугунные кольца. При нахождении в горизонтальном положении нижняя часть заслонки 7 имеет форму части полости A (фиг.3). Заслонка 7 располагается на валу 8, конец которого выходит за пределы полостей A и B. К нему крепится рычаг 9, к которому в свою очередь крепится через пружину 10 толкатель 11. Жесткость пружины 10 рассчитана на восприятие давления отработанными газами на заслонку 7. Только в этом случае происходит ее деформация. А при давлении топливовоздушной смеси на заслонку 7 деформация пружины не происходит. На рычаг 11 можно воздействовать шайбой, кулачком или другим механизмом. С противоположной стороны крепления толкателя 11 на рычаг 10 крепится шток 12, прикрепляемый шарнирно к поршню 13, перемещающегося внутри цилиндра 14 с полостью C. На цилиндре 14 имеется выпускной клапан 15, через который из полости B в полость C попадают отработанные газы. Клапан 15 рассчитан не пропускать из полости B в полость C топливовоздушную смесь, а только отработанные газы. Для выпуска отработанных газов из полости C имеется клапан 16. Кроме того, есть сегментообразный поршень 17, перемещающийся внутри кольцевого цилиндра 1. Торец поршня 17 имеет форму, обратную форме нижней поверхности заслонки 7.

На боковой (задней по фиг.1) стенке кольцевого цилиндра имеется прорезь, в которой размещается вращающаяся стенка 18 с упругими кольцевыми уплотнениями 19 на внешних и внутренних сторонах ребер (фиг.3).

Поршень 17 крепится к штоку 29 отходящими от вала 21 болтами 22 через вращающуюся стенку 18 (фиг.3). Для противодействия давлению газов в полости A на вращающуюся стенку 18 можно использовать штоки, аналогичные штоку 20. Вал 21 располагается в подшипнике скольжения 23, расположенного в центре кольцевого цилиндра 1.

На фиг. 1 3 и в описании представлены только одна камера сгорания с управляемой заслонкой и газовым амортизатором и поршнем. Но количество этих деталей может быть различно, также как и цикличность работы двигателя. Описание представлено в таком виде, чтобы на основе и по характеру работы представленных деталей можно было составить мотор требуемых характеристик.

Принцип работы двигателя состоит в следующем: заслонка 7 под воздействием на толкатель 11 вверх принимает вертикальное положение в полости A на валу 8 (фиг. 1), открывая доступ из полости B в полость A. Начинается вращение вала 21. А так как шток 20, отходящий от него, крепится через вращающуюся стенку 18 болтами 22 к поршню 17, то начинается движение последнего в полости A. Открывается клапан 5 для подачи топлива в камеру сгорания 4 и происходит всасывание топливовоздушной смеси в полость A через полость B поршнем 17. При подходе поршня 17 к камере сгорания 4 заслонка 7 на валу 8 под воздействием на толкатель 11 вниз переходит в горизонтальное положение (фиг.2), перекрывая доступ из полости B в полость A. После прохода поршня 17 участка камеры сгорания 4 заслонка 7 занимает вертикальное положение по механизму, описанному выше, отсекая топливовоздушную смесь от поршня 17.

Накачивание топливовоздушной смеси в камеру сгорания происходит следующим образом: так как в полости B топливовоздушная смесь присутствует, то при вращении вала 22 происходит сжатие топливовоздушной смеси между поршнем 17 и заслонкой 7 с уплотнениями, которые не позволяют уходить топливу в сторону по движению вращения вала 21. Открывается клапан 3 для подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, подобной камере сгорания 4. Вращающаяся стенка 18 с упругими уплотнениями 19 препятствует утечке топливовоздушной смеси из полости A наружу. При подходе поршня 17 к участку камеры сгорания 4 заслонка 7 переходит в горизонтальное положение. При впрыскивании топливной смеси в камеру сгорания 4 заслонка 7 находится в правильном положении и благодаря уплотнениям препятствует утечке топливовоздушной смеси из полости B в полость A (фиг. 2). При подаче искры в полости B происходит воспламенение топливовоздушной смеси. Давление сгоревшего топлива воздействует на заслонку 7, происходит деформация пружины 10. Часть сгоревших газов устремляется в полость C через клапан 15. Через рычаг 9 происходит воздействие на шток 12 поршня 13, а так как в полости C присутствуют сгоревшие газы, то цилиндр 14 с поршнем 13 и штоком 12 образует газовый амортизатор, препятствующий разбиванию поршня 13 об ограничитель. Данный амортизатор имеет жесткость в зависимости от давления отработанных газов в камере сгорания 4. Заслонка 7 под воздействием отработанных газов занимает вертикальное положение на валу 8 в полости A. Толкатель 11 переходит вверх. Уплотнения на заслонке 7 не пропускают сгоревшие газы в сторону, обратную вращению вала 21. Сгоревшие газы из полости B переходят в полость A и, действуя на поршень 17, гонят его по полости A. Между камерой сгорания 4 и поршнем 17 образуется рабочая камера с изменяющимся объемом. Так как поршень 17 через вращающуюся стенку крепится к штоку 20, отходящего от вала 21, болтами 22, то на валу 21 возникает вращательный момент. Сгоревшие газы гонят поршень 17 по полости A. Вращающаяся стенка 18 с упругими кольцевыми уплотнениями 19 на внешних и внутренних ребрах препятствует утечке отработанных газов из полости A (фиг.3)
При подходе поршня 17 к участку камеры сгорания 4 происходит открывание выпускного клапана 6 и клапана 16 полости C. Часть сгоревшего топлива уходит из полости A через полость B и клапан 6 наружу. Эта мера принимается для того, чтобы давление сгоревшего топлива не препятствовало переводу заслонки 7 в горизонтальное положение для прохода поршнем 17 участка камеры сгорания 4. При вытеснении из полости A сгоревшего топлива происходит перемещение заслонки 7 из горизонтального в вертикальное положение в полости A и открывается выпускной клапан 2 полости A. Поршень 17 вытесняет сгоревшие газы из полости A через выпускной клапан 2 кольцевого цилиндра 1. При подходе поршня 17 к камере сгорания 4 заслонка 7 переходит из вертикального в горизонтальное положение по механизму, описанному выше. После чего цикличность работы двигателя повторяется.

Предложенный двигатель можно легко приспособить к любым условиям и потребностям. Хорошо решаются проблемы охлаждения и смазки деталей, подверженных воздействию тепла и трения. Детали просты в технологическом производстве. Можно производить как карбюраторные, так и дизельные варианты модели. Применять любое количество поршней, сочлененных на одном валу и камер сгорания, а также изменять тактность работы двигателя в зависимости от потребности в малооборотном и высокооборотном двигателе. Использование вращающейся стенки для герметизации боковой (задней на фиг.1) прорези кольцевого цилиндра и применение упругих кольцевых уплотнений позволяют хорошо обеспечить герметичность в цилиндре при высоком давлении и больших количествах оборотов. Следовательно, имеем многотопливную многомодификационную модель роторно-поршневого двигателя. Модель можно использовать как компрессор.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель состоит из кольцевого цилиндра, двух пар сегментообразных поршней, штоков, крышек, которыми перекрывается прорезь на стенке цилиндра для прохода штоков вала, при этом на кольцевом цилиндре расположена отдельная выносная камера сгорания с механически управляемой заслонкой, снабженной амортизатором, заполняемым отработанными газами из камеры сгорания, вращающейся стенки, представляющей собой металлическое кольцо с упругими кольцевыми уплотнении на внешних и внутренних ребрах, а прорезь расположена на боковой стенке цилиндра. 3 ил.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из кольцевого цилиндра, двух пар сегментообразных поршней, штоков, крышек, которыми перекрывается прорезь на стенке цилиндра для прохода штоков вала, отличающийся, тем, что на кольцевом цилиндре расположена отдельная выносная камера сгорания с механически управляемой заслонкой, снабженной амортизатором, заполняемым отработанными газами из камеры сгорания, вращающуюся стенку, представляющую собой металлическое кольцо с упругими кольцевыми уплотнениями на внешних и внутренних ребрах, а прорезь расположена на боковой стенке цилиндра.