КРИВОШИПНО-МАЯТНИКОВЫЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВАНЬКОВА Российский патент 1998 года по МПК F02B53/02 F02B55/02 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может найти применение в автомобильной промышленности и в тех областях народного хозяйства, где необходимы малый удельный вес, простота конструкции, надежность в эксплуатации, дешевизна изготовления.

В известном двигателе [1] имеется корпус, в котором изготовлены два параллельно друг другу цилиндра, где размещены вращающиеся в разных направлениях эксцентрики, а между цилиндрами в пазу установлена пластина, которая перемещается в возвратно-поступательном движении относительно эксцентриков и разделяет рабочую полость в каждом цилиндре на неравные объемы. Синхронное вращение эксцентриков в цилиндрах приводится при помощи шестерен.

В известном двигателе существенным недостатком является удельный вес, так как в корпусе имеются два параллельно изготовленных цилиндра, в которых вращаются два эксцентрика в разных направлениях, что приводит все устройство к дисбалансу, а устранение требует дополнительных противовесов и мощного маховика. Данная конструкция усложняется набором шестерен для вращения эксцентриков. Трудно обеспечить герметичность в торцах пластин, прилегающих к эксцентрикам из-за изменения угла относительно оси вращения ротора, нет компенсатора, обеспечивающего необходимый зазор между эксцентриками. В двигателе применимы в основном радиальные уплотнения, что не обеспечивает заданную компрессию. Степень сжатия не регулируется и получается по конструктивному объему рабочей камеры.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы роторного двигателя, компактности, простоты конструкции, исключение шестерен и противовесов, технологичность изготовления деталей и монтажа сборки, малый удельный вес, изменяемый объем рабочей камеры (возможность регулирования степени сжатия), обеспечение требуемой герметичности и повышение (КПД).

Поставленная задача решается тем, что кривошипно-маятниковый роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус и рабочий цилиндр, роторы, кривошипные валы, компрессионные уплотнения, две самостоятельные раздельные полости - подготовительную и рабочую с изменяющимися за счет вращения кривошипных валов с объемами, в которых образуются по две камеры с двумя рабочими циклами в каждой, муфту, маятниковые пластины для регулирования степени сжатия на фланце рабочего цилиндра выполнены пазы для крепления рабочего цилиндра с фланцем корпуса, в кольцевой паз опоры цапфы ротора установлена пружина с уплотнительным кольцом, а также изготовлено эксцентрично оси вращения отверстие для свободной установки кривошипного вала в сборке с компенсатором, причем в кривошипном валу выполнен продольный паз для возвратно-поступательного движения нижнего конца маятниковой пластины, совершающей возвратно-вращательное движение в подготовительной и рабочих полостях, изменяя объем в камерах, а верхняя часть свободно установлена в диаметральном продольном пазу корпуса и рабочего цилиндра.

Кроме того, в опоре муфты выполнены эксцентричные отверстия для свободной установки кривошипных валов, расположенные на 180^o относительно противоположного отверстия. В кривошипных валах выполнены равнорасположенные глухие пазы для установки в них пружин и пластин для равномерного поджатия кожуха; на кривошипные валы установлены кожухи для обеспечения заданной герметичности в точках соприкосновения с внутренним зеркалом корпуса и рабочего цилиндра, компенсатор с пружиной установлен на один конец кривошипных валов для обеспечения герметичности в местах соприкосновения торца кожуха с опорами цапф ротора; на шейке муфты выполнен диаметральный паз, ограниченный углом, в градусах, для распределения бензовоздушной смеси в расчетный момент газораспределения; в торцах опор цапф ротора и муфте выполнены кольцевые пазы для установки пружин и уплотнительных колец, обеспечивающих герметичность в камерах. В маятниковых пластинах выполнены торцевые пазы для установки пружин и уплотнительных роликов, обеспечивающих герметичность в торцах опор цапф ротора и торцах муфты; в диаметральной верхней части маятниковых пластин выполнен продольный паз для установки пружин и уплотнительных роликов, обеспечивающих герметичность между камерами в подготовительном и рабочем объемах. В впускном отверстии камеры сжатия и в выпускном отверстии рабочей камеры установлены обратные шариковые клапаны для подачи бензовоздушной смеси в обратном направлении; в осевое отверстие цапфы ротора с опорой и в муфте установлены обратные шариковые клапаны для забора и подачи масла под давлением в одном направлении. На шейку цапфы ротора с опорой установлен заборник с фиксацией в нижней части крышки от проворачивания, обеспечивающего забор масла из картера; в торцах паза кривошипных валов выполнены сквозные отверстия для поступления масла в полость паза; в пазах кривошипных валов образуются переменные полости из-за возвратно-поступательного движения маятниковых пластин при круговом движении кривошипных валов, обеспечивающих работу плунжерных насосов. Муфта свободно вращается от кривошипного вала по осевой с цапфой ротора за счет установленного в диаметральный паз подшипника скольжения.

На фиг. 1 показан продольный разрез роторного двигателя; на фиг. 2 - поперечный разрез А-А (на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - частичный продольный разрез цапфы ротора с опорой; на фиг. 5 - вид по стрелке А' на фиг. 4; на фиг. 6 - продольный разрез муфты; на фиг. 7 - поперечный разрез А-А на фиг. 6; на фиг. 8 - вид в плане кривошипного вала; на фиг. 9 - поперечный разрез А-А на фиг. 8; на фиг. 10 - продольный разрез маятниковой пластины; на фиг. 11 - вид по стрелке А" на фиг. 10; на фиг. 12 - вид по стрелке Б на фиг. 10.

Роторный двигатель состоит из корпуса 1 и рабочего цилиндра 21 (фиг. 1). В осевое отверстие крышки 6 установлен подшипник 8, а на цапфу ротора 5 свободно надет маслозаборник 42, при этом в осевое отверстие цапфы ротора с опорой установлен шариковый обратный клапан 10, а в кольцевой паз опоры - пружина 13 и уплотнительное кольцо 14, обеспечивающие герметичность внутренней полости П (фиг. 2). Во внутреннюю полость корпуса 1 установлена муфта 2 с установкой в кольцевые пазы пружин 13 и уплотнительных колец 14, а также подшипник скольжения (вкладыш) 29 и шариковый обратный клапан 28. В продольные равнорасположенные пазы кривошипного вала 4 (фиг. 2) установлены пружины 32, пластины 31, надет кожух 3 (фиг. 2), компенсатор 11 и пружина 44 (фиг. 1), при этом в торцевые пазы маятниковой пластины 17 (фиг. 1) установлены пружины 30 и ролики 39, причем маятниковая пластина установлена в паз кривошипного вала 4 (фиг. 2), а в паз Б (фиг. 11) вложены пружины 19 и уплотнительный ролик 18 (фиг. 1), при этом кривошипный вал с маятниковой пластиной установлен в диаметральный продольный паз Н корпуса 1 (фиг. 2), а конец кривошипного вала 4 вставлен в эксцентричное отверстие муфты 2 (фиг. 1). Обратный конец кривошипного вала 4 вставлен в эксцентрическое отверстие опоры цапфы ротора 5 (фиг. 1) с установкой пружины 44 и компенсатора 11, при этом крышка 6 соединена с фланцем корпуса 1 болтами 15 и гайками 16. В продольные равнорасположенные пазы кривошипного вала 23 (фиг. 3) вложены пружины 38, пластины 37 и установлен кожух 27. В маятниковую пластину 20 (фиг. 1) вложены пружины 40 и уплотненные ролики 41. При этом нижний конец маятниковый пластины 20 установлен в паз кривошипного вала 23, а в верхнюю часть продольного паза установлены пружины 35 и уплотнительный ролик 34 (фиг.3), причем кривошипный вал 23 в сборе с маятниковой пластиной 20 вставлен с натягом в продольный диаметральный паз М рабочего цилиндра (фиг. 3), а конец кривошипного вала 23 установлен в эксцентричное отверстие муфты 2 (фиг. 1). В кольцевой канавке опоры цапфы ротора 22 размещены пружина 13 и уплотнительное кольцо 14, при этом цапфа ротора с опорой 22 вставлена в рабочий цилиндр 21, причем на конец вала установлены компенсатор 26 и пружина 43. Рабочий цилиндр закреплен с корпусом 1 болтами и гайками 15 и 16 (при условии совмещения меток на фланцах корпуса и рабочего цилиндра, обеспечивая расчетную степень сжатия) с последующей установкой крышки 25, подшипника 24 и закреплен болтами 15 и гайками 16.

Предложенный двигатель по принципу - четырехтактный, кривошипно-маятниковый, роторный, карбюраторный с непосредственным впрыском бензовоздушной смеси и с воздушно-принудительным охлаждением. Данный двигатель имеет две самостоятельные раздельные полости - первая подготовительная П (фиг. 2), образующаяся внутренней полостью корпуса 1, между плоскостями опоры цапфы ротора 5 и муфты 2 (фиг. 1), вторая - рабочая Г, образующаяся внутренней полостью рабочего цилиндра 21 (фиг. 3) между плоскостями муфты 2 и опоры цапфы ротора 22 (фиг. 1). При вращении за один оборот цапфы ротора с опорой 5 плавающий кожух 3 (фиг. 2) обеспечивает необходимую герметичность в точках соприкосновения с внутренним зеркалом цилиндра корпуса 1, а маятниковая пластина 17 приводится в возвратно-вращательное (маятниковое ) движение кривошипным валом 4, при этом в подготовительной полости П корпуса 1 происходит изменение из-за раздела полости на две камеры С и К за счет движения маятниковой пластины 17 и кругового эксцентрикового вращения кривошипного вала 4 с опорой цапфы ротора 5, в которых одновременно происходят два цикла - впуск и сжатие, при этом во второй полости Р рабочего цилиндра 21 (фиг. 3) также одновременно происходят два цикла - рабочий ход и выпуск. В камере К (фиг. 2) при разрежении происходят впуск бензовоздушной смеси через отверстие В, а с обратной стороны кривошипного вала 4, в камере С - сжатие рабочей смеси и впрыск под давлением через отверстие m обратного шарикового клапана 33 и отверстие Ф (фиг. 2) и входное отверстие "е" (фиг. 1) и диаметральный паз В (фиг. 7), ограниченный углом в градусах, муфты 2 (фиг. 1) через входное отверстие "э" в отверстие "д" (фиг. 3) обратного шарикового клапана 36 в рабочую камеру Т рабочего цилиндра 21. При перекрытии отверстий "е, э" (фиг. 1) шейкой Г (фиг.7) муфты 2 газораспределение прекращает подачу бензовоздушной смеси, сжатой до расчетной степени сжатия в рабочую камеру Т (фиг. 3). В корпусе 1 (фиг. 2) объем в подготовительной полости происходит из технического задания мощности двигателя, а для этого необходимы расчетный рабочий объем (см³) и заданная степень сжатия, которая равна отношению полного объема в камере, впуск к объему камеры сгорания рабочего цилиндра соответственно будет меньше, учитывая регулировку объема в камере сгорания в пользу необходимого объема для свободного выпуска отработанных газов и продолжительности вращения при рабочем ходе. В рабочей камере Т (фиг. 3), наполненной рабочей смесью до заданной степени сжатия, подан импульс высокого напряжения на свечу зажигания, которая установлена в отверстии Ж, при этом рабочая смесь воспламеняется, сгорает и, расширяясь в газообразные продукты, приводит во вращательное движение через кривошипный вал 23 цапфу ротора с опорой 22, муфту газораспределения 2, маятниковую пластину 20 (фиг. 1), а также кривошипный вал 4, маятниковую пластину 17, цапфу ротора с опорой 5. При рабочем ходе в камере Г происходят свободный выход отработанных газов и дополнительная очистка через отверстие Л (фиг.3), используя инерцию выходных газов. Таким образом за один оборот вращения ротора происходят одновременно четыре цикла: впуск, сжатие и рабочий ход, выпуск. При работе двигателя кривошипный вал 4 ( фиг. 2) приводит в круговое движение цапфу ротора с опорой 5, а маятниковую пластину 17 в возвратно-вращательное движение, при этом паз кривошипного вала и маятниковая пластина 17, находящиеся в пазу, совместно обеспечивают возвратно-поступательное движение, которое производит работу плунжерного масло-насоса с дополнительной установкой обратных шариковых клапанов в осевых каналах цапф ротора и муфте 2 для смазки, охлаждения и уменьшения трения трущихся поверхностей деталей и узлов. При этом масло из картера "ю" в полости крышки 3 (фиг.1) поступает в канал "б" свободно установленного заборника 42 и через обратный шариковый клапан 10 попадает в канал у кривошипного вала 4 и в полость паза, в момент сжатия масло под давлением через канал "у" попадает в торцевые полости и далее на смазку кольцевых уплотнений 14, а через канал "п" маятниковой пластины на смазку ролика 18 и через обратный шариковый клапан 28 на смазку кольцевого уплотнения 14 муфты 2 и смазку подшипника скольжения 29, а также в полость кривошипного вала 23 через каналы "ц, м" на смазку уплотнительного кольца 14 цапфы ротора с опорой 22 и компенсатора 26. При этом через канал маятниковой пластины 20 на смазку ролика 34 (фиг. 3) обратный слив происходит через канал "х" в цилиндре 21 (фиг. 3) и крышке 25 (фиг. 1) в картер и из картера через отверстие "я" в радиатор для охлаждения и далее через канал "н" на слив в картер "ю" внутренней полости крышки 6 (фиг. 1).

Изобретение относится к роторным двигателям внутрення сгорания и позволяет повысить эффективность работы двигателя, его КПД, а также упростить конструкцию, уменьшить вес и повысить компактность. На фланце рабочего цилиндра двигателя выполнены пазы для крепления его с фланцем корпуса, что позволяет совместно с маят никовыми пластинами, регулировать степень сжатия, в кривошипном валу выполнен продольный паз для нижнего конца маятниковой пластины. Последняя изменяет объем в камерах двигателя, обеспечивая проведение рабочих циклов. 14 з.п.ф-лы, 12 ил.

1. Кривошипно-маятниковый роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус и рабочий цилиндр, роторы, кривошипные валы, компрессионные уплотнения, две самостоятельные разделительные полости - подготовительную и рабочую с изменяющимися за счет вращения кривошипных валов объемами, в которых образуются по две камеры - с двумя рабочими циклами в каждой, отличающийся тем, что содержит муфту, маятниковые пластины, для регулирования степени сжатия на фланце рабочего цилиндра выполнены пазы для крепления рабочего цилиндра с фланцем корпуса, в кольцевой паз опоры цапфы ротора установлена пружина с уплотнительным кольцом и изготовлено эксцентрично оси вращения отверстие для свободной установки кривошипного вала в сборке с компенсатором, причем в кривошипном валу выполнен продольный паз для возвратно-поступательного движения нижнего конца маятниковой пластины, совершающей возвратно-вращательное движение в подготовительной и рабочей полостях, изменяя объем в камерах, а верхняя часть свободно установлена в диаметральном продольном пазу корпуса и рабочего цилиндра. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в опоре муфты выполнены эксцентричные отверстия для свободной установки кривошипных валов, расположенные на 180^o относительно противоположного отверстия. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в кривошипных валах выполнены равнорасположенные глухие пазы для установки в них пружин и пластин для равномерного поджатия кожуха. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на кривошипные валы установлены кожухи для обеспечения заданной герметичности в точках соприкосновения с внутренним зеркалом корпуса и рабочего цилиндра. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что компенсатор с пружиной установлен на один конец кривошипных валов для обеспечения герметичности в местах соприкосновения торца кожуха с опорами цапф ротора. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на шейке муфты выполнен диаметральный паз, ограниченный углом в градусах, для распределения бензовоздушной смеси в расчетный момент газораспределения. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в торцах опор цапф ротора и муфте выполнены кольцевые пазы для установки пружин и уплотнительных колец, обеспечивающих герметичность в камерах. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в маятниковых пластинах выполнены торцевые пазы для установки пружин и уплотнительных роликов, обеспечивающих герметичность в торцах опор цапф ротора и торцах муфты. 9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в диаметральной верхней части маятниковых пластин выполнен продольный паз для установки пружин и уплотнительных роликов, обеспечивающих герметичность между камерами в подготовительном и рабочем объемах. 10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что во впускном отверстии камеры сжатия и в выпускном отверстии рабочей камеры установлены обратные шариковые клапаны для подачи бензовоздушной смеси в обратном направлении. 11. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в осевое отверстие цапфы ротора с опорой и в муфте установлены обратные шариковые клапаны для забора и подачи масла под давлением в одном направлении. 12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на шейку цапфы ротора с опорой установлен заборник с фиксацией в нижней части крышки от проворачивания, обеспечивающего забор масла из картера. 13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в торцах паза кривошипных валов выполнены сквозные отверстия для поступления масла в полость паза. 14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в пазах кривошипных валов образуются переменные полости из-за возвратно-поступательного движения маятниковых пластин при круговом движении кривошипных валов, обеспечивающих работу плунжерных насосов. 15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что муфта свободно вращается от кривошипного вала по осевой с цапфой ротора за счет установленного в диаметральный паз подшипника скольжения.