РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, может быть использовано в качестве гидравлических насосов.

Известен роторно-поршневой двигатель (РПД) Ф.Ванкеля (см.журнал "За рулем", N 12, 1970). Двигатель имеет поршень-ротор с тремя выступами, который под воздействием специального эксцентрика совершает эпициклическое движение. При этом выступы ротора все время контактируют с внутренней поверхностью неподвижного статора, внутри ротора имеется зубчатый венец, который обкатывается вокруг шестерни вала и приводит ее во вращательное движение вместе с валом.

Недостатком такого двигателя является нежелательный прорыв сжатой смеси из одной камеры в другую, вибрации которых увеличиваются за счет сил инерции, растущих с увеличением скорости вращения ротора.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (авт. св. СССР N 1017803, кл. F 02 В 53/00, 1983).

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с профилированной рабочей поверхностью, торцевые крышки, цилиндрический ротор, установленный на валу и снабженный качающимися поршнями, контактирующими с профилированной рабочей поверхностью корпуса и образующими надпоршневые и подпоршневые объемы, систему газообмена, выполненную в виде впускных и выпускных окон, и свечи зажигания, каждый поршень снабжен камерой сгорания и перепускным клапаном, сообщающим камеру сгорания с подпоршневым объемом, а впускные окна и отверстия под свечи зажигания выполнены в торцевой крышке с возможностью сообщения окон с подпоршневыми объемами, а свечей с камерами сгорания.

Недостатком такой конструкции является прежде всего то, что клапанная система вместе с пружинами, которые должны обеспечивать плотный прижим клапанов, вынуждены работать при высоких температурах. Трудно подобрать, если это вообще возможно, материал, из которого можно изготовить клапанные пружины, способные работать надежно в таких жестких условиях. Кроме того, поршни, шарнирно закрепленные на осях, связанные с ротором, совершают вращательное вместе с ротором и колебательные движения. Причем колебательные движения происходят в радиальном направлении ротора. Ясно, что такой узел связи корпуса ротора с поршнем не может надежно работать достаточно длительное время. Кроме того, создаются значительные трудности в обеспечении надежного и постоянного контакта уплотнений между гранями поршней и профилированной поверхностью корпуса. Связано это с тем, что скорости радиального перемещения и скорости движения по внутренней профилированной поверхности грани поршня могут не соответствовать условиям, обеспечивающим надежный контакт уплотнений.

Анализ конструкции этого двигателя показывает технологическую сложность изготовления его деталей, узлов, создания надежных уплотнений камер переменного объема, возможность возникновения вибрационных и ударных нагрузок при работе двигателя в разных режимах из-за резонансных явлений.

Задача изобретения - создание надежного в работе, простого и технологического двигателя внутреннего сгорания, создание надежных уплотнений камер переменного объема.

Это достигается тем, что известный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из неподвижного корпуса с внутренней криволинейной поверхностью, поршней, впускных и выпускных окон, расположенных в корпусе двигателя,дополнительно снабжен ротором, выполненным в виде каркаса и поршней, установленных с возможностью перемещения их по внешней поверхности каркаса и внутренней поверхности корпуса, причем между поршнями и корпусом образованы камеры переменного объема, ограниченные уплотнениями. Расстояние между уплотнениями и криволинейность внутренней поверхности корпуса выбраны таким образом, чтобы обеспечивался постоянный их контакт с внутренней поверхностью корпуса, а поверхности поршней с внешней поверхностью каркаса ротора.

При таком выполнении двигателя обеспечивается надежное уплотнение между поршнями и корпусом, устраняются ударные и вибрационные нагрузки при передаче усилий от поршней на вал.

На чертеже схематически изображен поперечный разрез двигателя.

Он состоит из неподвижного корпуса 1, каркаса ротора 2, поршня 3, уплотнений 4, впускного окна 5, свечи 6, выпускного окна 7, вала 8, камеры 9 переменного объема.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

При вращении вала 8 приводятся в движение каркас ротора 2 и поршня 3. При этом поршни кроме вращательного движения вокруг вала 8 совершают также перемещение относительно каркаса ротора 2, уплотнения поршней скользят по внутренней поверхности корпуса 1, имеющего овальную форму. Поршни, в которых имеются специальные углубления, при своих движениях образуют с внутренней поверхностью корпуса камеры 9 переменного объема, которые ограничиваются уплотнениями 4. Так, при вращении по часовой стрелке объем правой поверхности камеры увеличивается, и в нее через впускное окно 5 всасывается горючая смесь, впуск свежей смеси в камеру 9 происходит до тех пор, пока происходит увеличение объема между поршнем 3 и корпусом 1. Далее объем камеры 9 уменьшается, происходит сжатие смеси и ее воспламенение. При этом давление расширяющихся газов действует на поршень, заставляя вращаться вал 8. При дальнейшем повороте ротора открывается выпускное окно 7 и происходит выпуск отработавших газов. Таким образом, в каждой из камер 9, образуемых между поршнем 3 и корпусом 1, происходит последовательно впуск свежей смеси, ее сжатие, воспламенение и расширение продуктов сгорания, выпуск отработавших газов, то есть весь рабочий процесс, характерный для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Предлагаемая конструкция двигателя позволяет по сравнению с прототипом улучшить уплотнения камер переменного объема за счет уменьшения числа сочлененных элементов, плавности перемещения поршней. При таком выполнении двигателя обеспечивается надежное уплотнение между поршнями и корпусом, устраняются ударные и вибрационные нагрузки при передаче от поршней на вал. При одновременном упрощении конструкции двигателя предложенный двигатель технологичен в изготовлении, конструкция позволяет изготавливать металлокерамические двигатели внутреннего сгорания, а также после небольших доработок, использовать его в качестве гидравлических насосов.

Использование: двигателестроение, в частности двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: роторный двигатель внутреннего сгорания состоит из неподвижного корпуса с внутренней криволинейной поверхностью овальной формы, поршней, впускных и выпускных окон, расположенных в корпусе, и поршней, установленных с возможностью перемещения их по внешней поверхности каркаса и внутренней поверхности корпуса, причем между поршнями и корпусом образованы камеры переменного объема, ограниченные уплотнениями. Расстояние между уплотнениями и криволинейность внутренней поверхности корпуса выбраны таким образом, чтобы обеспечивался постоянный их контакт с внутренней поверхностью корпуса, а поверхности поршней с внешней поверхностью каркаса ротора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из неподвижного корпуса с внутренней криволинейной поверхностью, ротора, выполненного в виде каркаса с поршнями, установленными с возможностью перемещения по внешней поверхности корпуса, причем между поршнями и корпусом образованы камеры переменного объема, впускные и выпускные окна расположены в корпусе двигателя, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса имеет овальную форму, а камеры, образованные поршнями и корпусом, ограничены уплотнителями, выполненными на поршнях. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что криволинейность внутренней поверхности корпуса и расстояния между уплотнениями выбраны таким образом, чтобы обеспечивался их постоянный контакт с внутренней поверхностью корпуса, а поверхности поршней с внешней поверхностью каркаса ротора.