РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B57/00 F01B13/04 

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования в транспортной технике наземного и воздушного сообщения.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий ротор с цилиндрами, сдвоенные поршни, выполненные цилиндрическими за одно целое с ползуном или жестко соединенные с последним, сидящим свободно на эксцентрике, выполненном на валу отбора мощности, ось которого параллельна оси ротора и смещена относительно ее на величину, равную величине эксцентриситета, причем на роторе и на валу отбора мощности имеются синхронизирующие шестерни внутреннего зацепления с передаточным отношением 2:1, из которых большая шестерня с внутренними зубьями жестко закреплена на роторе, а малая шестерня с наружными зубьями расположена на валу отбора мощности [1].

Недостаток известного двигателя заключается в сложности изготовления деталей двигателя и в недостаточной надежности и долговечности.

Задачей изобретения является выполнение цилиндров и поршней и поршневых колец, простых в изготовлении и обработке, и повышение эффективности уплотнения в сопряжении этих деталей, снижение нагрузки в узлах соединения поршней с другими деталями, уменьшение усилий взаимодействия цилиндров и поршней и повышение срока их службы, достижение хорошей компенсации разницы тепловых деформаций цилиндров и предупреждение перегрева поршней для повышения их надежности, устранения действия на поршни знакопеременных сил при исключении возвратно-вращательного их перемещения в абсолютном движении и повышение механического КПД механизма преобразования движения поршней во вращательное движение вала отбора мощности. В результате выполненных усовершенствований обеспечивается простота изготовления двигателя, увеличение его долговечности, повышение надежности, механического КПД, быстроходность и экономичность.

Поставленная задача решается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания содержит ротор с цилиндрами, сдвоенные поршни, выполненные цилиндрическими за одно целое с ползуном или жестко соединенные с последним, сидящим свободно на эксцентрике, выполненном на валу отбора мощности, ось которого параллельна оси ротора и смещена относительно ее на величину, равную величине эксцентриситета эксцентрика, на роторе и на валу отбора мощности имеются шестерни внутреннего зацепления с передаточным отношением 2: 1, из которых большая шестерня с внутренними зубьями жестко закреплена на роторе, а малая шестерня с наружными зубьями расположена на валу отбора мощности, ротор изготовлен цилиндрическим и в нем по оси диаметра выполнены стыкующие цилиндры, образующие сквозное отверстие, в котором помещены сдвоенные поршни, на радиальной поверхности цилиндрического ротора установлено свободно цилиндрическое кольцо ротора, под которым на радиальной поверхности первого вблизи краев цилиндров установлены комплекты радиальных уплотнительных пластин, сопрягающиеся по площадкам с цилиндрическим кольцом ротора, в котором выполнены воздушные каналы охлаждения, причем последние имеются и в ползуне, малая шестерня выполнена за одно целое с валом отбора мощности, в цилиндрическом роторе топливо-продувочные каналы расположены близко к краю цилиндров, а выпускные каналы расположены намного дальше.

На фиг. 1 показан продольный разрез двигателя:
на фиг. 2 - вид А-А фиг. 1.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, куда помещен цилиндрический ротор 2, в котором по оси диаметра выполнены стыкующиеся цилиндры 3, образующие сквозные отверстия, в эти цилиндры помещены цилиндрические поршни 4, соединенные промежуточным звеном-ползуном 5, выполненным с ними за одно целое и сидящим свободно на эксцентрике 6, связанном жестко или выполненным за одно целое с валом 7 отбора мощности. На цилиндрическом роторе 2 свободно установлено цилиндрическое кольцо 8 ротора, закрывающее на нем отверстие цилиндров 3 и не контактирующее с корпусом 1, закрытым передней торцовой крышкой 9 и задней торцовой крышкой 10, имеющими центральные выступы 11 и 12, на которые опирается цилиндрический ротор 2 и через которые проходит вал 7 отбора мощности, ось которого О₀-О₀ смещена относительно оси цилиндрического ротора 2 О-О на величину Е, равную величине эксцентриситета Е₁ эксцентрика 6, имеющего ось О₁-О₁. На сдвоенных поршнях 4 установлено по два компрессорных кольца 13 и маслосъемное кольцо 14 и на головках этих поршней выполнены камеры 15 сгорания, а на цилиндрическом роторе 2 имеются топливопродувочные каналы 16 и на передней торцовой крышке 9 установлена форсунка 17. Топливопродувочные каналы 16 уплотнены комплектом уплотнительных пластин 18, поджимаемых к передней торцовой крышке 9 ленточными пружинами 19. А на радиальной поверхности цилиндрического ротора 2, вблизи отверстий цилиндров 3, установлены комплекты уплотнительных пластин 20, поджимаемых к цилиндрическому кольцу 8 ротора ленточными пружинами 21. На цилиндрическом роторе 2 закреплена жестко синхронизирующая шестерня с внутренними зубьями 22, а на валу 7 отбора мощности имеется малая синхронизирующая шестерня 23, и эти шестерни внутреннего зацепления имеют передаточное отношение 2:1, при этом целесообразно шестерню 23 выполнять за одно целое с валом 7 отбора мощности, чтобы не снизить жесткость последнего. На концах вала 7 отбора мощности выполнены шлицы 24 для привода вспомогательных агрегатов и схема мощности. Для уравновешивания центробежных сил сдвоенных поршней 4 и ползуна 5 на концах вала 7 отбора мощности установлены противовесы 25, закрытые крышками 26. На передней торцовой крышке 9 имеется продувочно-охладительное окно 27, продувочный воздух показан стрелкой 28, а стрелкой с крестиком 29 указаны отработанные газы. На стенках цилиндров 3 имеются выпускные каналы 30, на задней торцовой крышке 10 корпуса выполнено выпускное окно 31, выпускные каналы 30 цилиндров уплотнены комплектами пластинчатого уплотнения 32. Охлаждающий воздух показан стрелкой с ноликом 33. В ползуне выполнены воздушные каналы охлаждения 34, в цилиндрическом кольце 8 ротора имеются воздушные каналы охлаждения 35. В центральных выступах 11 и 12 передней 9 и задней 10 торцовых крышек выполнены масляные каналы охлаждения 36, в цилиндрическом роторе 2 имеются масляные каналы охлаждения 37. На торцах цилиндрического ротора 2 имеются впускные выемки воздушного охлаждения 38 и выпускные выемки воздушного охлаждения 39.

Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении большой синхронизирующей шестерни 22 ротора 2 и малой синхронизирующей шестерни 23 вала отбора мощности 7 (соотношение диаметров делительных окружностей этих шестерен равно 2:1) последний вращается вокруг своей оси О₀-О₀ в два раза быстрее цилиндрического ротора 2, а вместе с ним с такой же угловой скоростью С₁ вращается его эксцентрик 6 вместе с ползуном 5 и сдвоенными цилиндрами 3 и одновременно последние вращаются на эксцентрике 6 вокруг его оси О₁-О₁ с угловой скоростью C₂ вместе с цилиндрическим ротором 2, т. е. медленнее в два раза. В итоге цилиндрические поршни 4 с ползуном 5 совершают абсолютное планетарное движение по отношению к оси О₀-О₀ вала 7 отбора мощности, однако по отношению к цилиндрам 3 они совершают возвратно-поступательное движение.

На фиг. 2 - промежуточное положение цилиндров и поршней показано штрихпунктирными линиями при повороте от первоначального положения центра О₁ эксцентрика 6 на 180^o, где он отражен со штрихом, т.е. в положении , совпадающем с центром 0 цилиндрического ротора 2, который повернулся на 90^o, и его цилиндры заняли горизонтальное положение и такое расположение цилиндров и поршней соответствует критической точке, вывод из которой производится при помощи синхронизирующих шестерен внутреннего зацепления 22 и 23, но при выполнении в цилиндрическом роторе 2 еще цилиндров под углом 90^o к имеющимся. Вывод из указанного положения будет происходить за счет создания усилий другими поршнями на стенки цилиндров, их вмещающих, однако для работы двигателя с быстрым изменением режима будут возникать большие знакопеременные нагрузки от ускорения на стенки цилиндров и это будет вызывать большой износ и снижать долговечность двигателя. Для исключения этого применены синхронизирующие шестерни. Цилиндры 3 выполнены только по одной диаметральной оси цилиндрического ротора 2 для упрощения обеспечения возможности функционирования двигателя. Проверка планетарного движения поршней была произведена на макете в металле и безупречно подтверждается графически. На фиг. 2 видно, что цилиндры 3 заняли вертикальное положение и верхний поршень 4 завершил сжатие. На фиг. 1 показано, что в это время его камера сгорания 15 совпала с топливо-продувочным каналом 16, через который в нее форсункой 17 производится впрыск топлива, и после его сгорания образовавшиеся газы будут давить на поршень 4 и последний передаст это усилие на эксцентрик 6 и вызовет его вращение вместе с валом отбора мощности 7. На фиг. 1 и 2 показано, что в нижнем цилиндре 3 завершено полное расширение газов и его топливопродувочный канал 16 совпал с продувочно-охладительным окном 27 и через них в это время в нижний цилиндр 3 подается продувочный воздух 28, который вытесняет отработанные газы 29 в выпускной канал 30 и далее - в выпускное окно 31 задней торцовой крышки 10. Так как происходит прямоточная продувка цилиндров 3 и более тяжелый продувочный холодный воздух отбрасывается центробежной силой к краю цилиндра ротора 2, то это обеспечивает хорошее охлаждение нижнего цилиндра 3 и качественное заполнение его продувочным воздухом 28. При дальнейшем вращении цилиндрического ротора 2, газораспределительные каналы этого цилиндра разъединятся и начнется сжатие воздуха и, когда этот цилиндр 3 займет верхнее положение, аналогично предыдущему на фиг. 2, то в камеру сгорания 15 его поршня 4 будет впрыснуто топливо форсункой 17 и после его сгорания газы через поршень 4 создадут давление на эксцентрик 6 и вызовут его вращение вместе с валом 7 отбора мощности.

В дальнейшем все процессы будут повторяться в описанной последовательности. После завершения продувки цилиндра 3 неиспользованный продувочный воздух 28 становится охлаждающим воздухом 33, который поступает через продувочно-охладительное окно 27 передней торцовой крышки в приемные выемки воздушного охлаждения 38 одного торца цилиндрического ротора 2 и проходит через полость между сдвоенными поршнями 4 и через воздушные каналы охлаждения 34 ползуна 5 и воздушные каналы охлаждения 35 цилиндрического кольца 8 ротора, охлаждая последний и поршни 4, попадает в отводные каналы охлаждения 39 и выходит в выпускное окно 31 задней торцовой крышки 10. Охлаждение цилиндрического ротора 2 производится маслом при его прохождении по масляным каналам охлаждения 36 выступов 11 и 12 передней и задней торцовой крышек 9 и 10. Цилиндрический ротор 2 меняет свое местоположение в корпусе 1, и это позволяет избежать его местного перегрева.

Роторный двигатель внутреннего сгорания имеет хорошие технико-экономические показатели. Его цилиндры, поршни и уплотнительные кольца (выполненные как в поршневом двигателе) цилиндрические и поэтому обеспечивается такая же простота их изготовления и обработки и достигается такая же эффективность работы их уплотнения, а появление дополнительного уплотнения между радиальной поверхностью цилиндрического ротора и цилиндрического кольца ротора не скажется заметно на ухудшении уплотнения, так как комплект уплотнения между ними вблизи краев цилиндров соприкасается по площадкам и он может выполняться многорядным, а на механические потери это уплотнение практически не влияет, так как сопрягающиеся детали при равномерной работе двигателя вращаются с допущением вместе. В двигателе обеспечена качественная продувка цилиндров и хорошее их охлаждение и предусмотрено охлаждение цилиндрического ротора, поршней и цилиндрического кольца ротора. В нем для уменьшения силового взаимодействия цилиндров с поршнями и ползуном обеспечена синхронизация вращения цилиндрического ротора и вала отбора мощности с помощью шестерен внутреннего зацепления. В двигателе достигается требуемая степень сжатия и создана компактная камера сгорания. В нем обеспечено планетарное движение масс. В двигателе совершается один рабочий такт при повороте вала отбора мощности на один оборот и его работа равнозначна работе одноцилиндрового двигателя Ванкеля. Этот двигатель имеет простую конструкцию и может достичь высокой быстроходности и компактности. Он обладает высоким механическим КПД и имеет высокую долговечность и экономичность.

Роторный двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в транспортной технике наземного и воздушного сообщения. В цилиндрическом роторе двигателя по оси выполнены цилиндры 3, в которых размещены сдвоенные поршни 4, выполненные за одно целое с ползуном 5 или соединенные жестко с последним. Цилиндрическое кольцо 8 ротора установлено свободно на роторе. На радиальной поверхности ротора вблизи отверстий цилиндров установлены комплекты уплотнительных пластин 20, контактирующих с цилиндрическим кольцом ротора по площадкам. Вал 7 отбора мощности с эксцентриком связан с синхронизирующими шестернями внутреннего зацепления с передаточным отношением 2 : 1. Большая шестерня с внутренними зубьями жестко закреплена на цилиндрическом роторе, а меньшая шестерня с наружными зубьями выполнена за одно целое с валом отбора мощности. В двигателе обеспечено планетарное движение поршней 4 с ползуном 5 и устранено появление знакопеременных сил инерции. В цилиндрах выполнены топливопродувочные и выпускные каналы, а на передней торцевой крышке имеется продувочно-охладительное окно и установлена форсунка. На задней торцевой крышке выполнено выпускное окно. 2 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий ротор с цилиндрами, сдвоенные поршни, выполненные цилиндрическими заодно с ползуном или жестко соединенные с последним, сидящим на валу отбора мощности, ось которого параллельна оси ротора и смещена относительно ее на величину, равную величине эксцентриситета эксцентрика, причем на роторе и на валу отбора мощности имеются шестерни внутреннего зацепления с передаточным отношением 2 : 1, из которых большая шестерня с внутренними зубьями жестко закреплена на роторе, а малая шестерня с наружными зубьями расположена на валу отбора мощности, отличающийся тем, что ротор изготовлен цилиндрическим и в нем по оси диаметра выполнены стыкующие цилиндры, образующие сквозное отверстие, в котором помещены сдвоенные поршни, на радиальную поверхность цилиндрического ротора установлено свободно цилиндрическое кольцо ротора, под которым над радиальной поверхности первого вблизи краев цилиндров установлены комплекты радиальных уплотнительных пластин, сопрягающихся по площадкам с цилиндрическим кольцом ротора, в котором выполнены воздушные каналы охлаждения, причем последние имеются и в ползуне, малая шестерня выполнена заодно с валом отбора мощности, в цилиндрическом роторе топливо-продувочные каналы расположены близко к краю цилиндров, а выпускные каналы расположены намного дальше.