ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВРАЩАЮЩИМСЯ БЛОКОМ ЦИЛИНДРОВ Российский патент 1998 года по МПК F02B57/00 F01B13/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям роторных двигателей внутреннего сгорания, и может использоваться в качестве силовых установок различных машин (преимущественно для транспортных средств).

Известен двигатель с вращающимся блоком цилиндров [1] содержащий неподвижный корпус с боковыми крышками, вращающийся блок цилиндров с поршнями и направляющий элемент в виде овалообразных пазов, расположенный в крышках.

Недостатком указанного двигателя является наличие высоких удельных давлений в местах линейного контакта роликов поршней с поверхностью направляющего элемента под действием инерционных и газовых сил и большие потери на трение при проскальзывании роликов относительно последнего. По этой причине долговечность двигателя не может достичь приемлемого уровня, а механический КПД его будет значительно ниже, чем у двигателей традиционных схем.

Кроме этого, предложенная схема не предусматривает использования энергии отработавших газов за счет применения их продолженного расширения и термохимического разложения топлива, что дало бы возможность значительного улучшения экономичности двигателя.

Изобретение направлено на повышение надежности, долговечности и экономичности двигателей с вращающимся блоком цилиндров, в котором выполнены радиальные цилиндрические камеры для поршней.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в двигатель внутреннего сгорания с вращающимся блоком цилиндров дополнительно введен силовой шарнирный механизм, состоящий из четного числа подвижных звеньев, роликов, вращающихся в подшипниках, и копира, при этом звенья соединены между собой осями, а с поршнями с помощью шатунов и поршневых пальцев, причем ролики и копир закреплены в боковых крышках корпуса, а копир выполнен таким образом, что кривизна его рабочей поверхности соответствует радиусу поверхности подвижных звеньев. Кроме того, в корпусе двигателя выполнены каналы, которые через трубопровод соединяют между собой два надпоршневых объема блока цилиндров в момент такта расширения.

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания с вращающимся блоком цилиндров отличается тем, что он имеет шарнирный силовой механизм, который позволят устранить линейный контакт роликов поршней в направляющем элементе и, как следствие, ликвидировать высокие контактные напряжения, снизить потери на трение подвижных деталей, а также применить продолженное расширение продуктов сгорания и термохимическое разложение топлива. При таком конструктивном решении двигателя с вращающимся блоком цилиндров обеспечивается улучшение экономичности и повышение долговечности двигателя.

На фиг. 1 изображен двигатель с вращающимся блоком цилиндров; на фиг. 2
его силовой механизм.

Он содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором установлен подвижный блок цилиндров 2 с поршнями 3 (количество поршней четное), снабженными штоками 4, перемещающимися во втулках 5 из антифрикционного материала. Поршни 3 с помощью пальцев 6 и шатунов 7 соединены со звеньями силового механизма 8.

В корпусе 1 выполнены впускные 9 и выпускные 10 окна, соединяющиеся с надпоршневым пространством каждого цилиндра при вращении блока цилиндров 2. Подпоршневая полость соединяется с атмосферой с помощью отверстий в роторе и окон в боковых крышках корпуса 1 (на чертеже не показано).

Силовой механизм (фиг. 2) представляет собой гибкое кольцо, состоящее из четного числа звеньев 13, количество которых в два раза больше, чем поршней, соединенных между собой с помощью осей 14. Это необходимо для обеспечения уравновешенности двигателя.

Необходимая траектория перемещения звеньев 13 осуществляется посредством вращающихся в подшипниках 19, закрепленных в боковых крышках, роликов 15 (например, по четыре ролика в каждой крышке), а также цилиндрических углублений 16 в копире 17, выполненных из антифрикционного материала. Наружный радиус звеньев 13 силового механизма выполнен таким же, как радиус роликов 15, а внутренний как радиус рабочей поверхности копира 17, который также закреплен в боковых крышках.

В корпусе 1 выполнены каналы, соединенные между собой трубопроводом 12, и резьбовое отверстие для свечи зажигания 11.

Двигатель работает следующим образом. При вращении ротора 2 поршни 3 перемещаются в радиальном направлении и одновременно совершают вращательное движение. Изменение надпоршневого объема используется для организации рабочего процесса. При перемещении поршня 3 к центру ротора в момент совпадения цилиндра с впускным окном 9 под действием разрежения в надпоршневое пространство засасывается топливная смесь. Вращаясь, ротор 2 перекрывает впускное окно 9, поршень 3 перемещается от центра к периферии и сжимает топливную смесь. При этом происходит предпламенная термохимическая обработка топлива. Под действием давления и температуры, которые возникают при сжатии, будет осуществляться интенсивное испарение и перегрев газообразного топлива, образование более легких углеводородов и их окисление с выделением метана, водорода и оксида углерода.

При дальнейшем вращении блока цилиндров 2 поршень 3 вновь перемещается к его центру (при этом снижается давление и температура газифицированного топлива), а затем к периферии, сжимая топливную смесь. При его подходе к верхней мертвой точке проскакивает искра между электродами свечи зажигания 11 и горючая смесь воспламеняется. Затем происходит расширение образовавшихся в процессе горения газов и осуществляется рабочий ход, при котором перемещение поршня 3 под действием газовых сил с помощью силового механизма преобразуется во вращательное движение блока цилиндров 2. Одновременно часть газов из цилиндра поступает по трубопроводу 12 в расположенный через один от него цилиндр (по направлению вращения) и таким образом осуществляется продолженное их расширение. После этого поршень вновь перемещается к периферии и отработавшие газы выбрасываются через выпускные окна 10.

Описанные процессы в остальных цилиндрах протекают аналогично, при этом рабочий цикл в каждом цилиндре осуществляется за один оборот ротора
Подпоршневое пространство используется для всасывания атмосферного воздуха с водой, которые отнимают тепло от нагретых поршней и ротора, охлаждая их. Вода превращается в пар, который подается в камеру сгорания через впускное окно 9 в момент, когда происходит всасывание топливной смеси и ее газификация.

Под действием высокой температуры и давления при взаимодействии пара с газифицированным топливом выделяется дополнительный водород. Полученное газифицированное топливо имеет более высокое октановое число, что позволит увеличивать степень сжатия двигателя.

Кроме того, находящийся в нем водород инициирует сгорание и сокращает период активного тепловыделения. Водород, образованный из паров воды, выделяет дополнительное тепло. Все это будет улучшать экономичность двигателя, повышать его пусковые качества и снижать токсичность отработавших газов. Продолженное расширение отработавших газов также повышает экономичность двигателя.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус 1, в котором установлен подвижный блок цилиндров 2 с пооршнями 3, снабженными штоками 4, перемещающимися во втулках 5 из антифрикционного материала. При вращении подвижного блока цилиндров 2 поршни 3 перемещаются в нем в радиальном направлении. Двигатель дополнительно содержит шарнирный силовой механизм, состоящий из четного числа подвижных звеньев, соединенных между собой осями, а со штоками поршней - с помощью шатунов 7 и поршневых пальцев 6. Копир выполнен таким образом, что кривизна его рабочих поверхностей соответствует радиусу поверхности подвижных звеньев. Копир и подшипники вращающихся роликов закреплены в боковых крышках двигателя. В корпусе 1 двигателя выполнены каналы, которые через трубопровод 12 соединяют между собой два надпоршневых объема блока цилиндров в момент такта расширения. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания с вращающимся блоком цилиндров, в котором выполнены радиальные цилиндрические камеры с перемещающимися в них поршнями, отличающийся тем, что он дополнительно содержит шарнирный силовой механизм, состоящий из четного числа подвижных звеньев, роликов, вращающихся в подшипниках, и копира, при этом подвижные звенья соединены между собой осями, а с поршнями последние соединены с помощью шатунов и поршневых пальцев, причем подшипники вращающихся роликов и копир закреплены в боковых крышках двигателя, а копир выполнен таким образом, что кривизна его рабочих поверхностей соответствует радиусу поверхности подвижных звеньев, кроме того, в корпусе двигателя выполнены каналы, которые через трубопровод соединяют между собой два надпоршневых объема блока цилиндров в момент такта расширения.