РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно производству двигателей.

Известен широко распространенный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором крутящий момент на валу создается передачей усилия от поршня через кривошипно-шатунный механизм.

Известен двигатель Ванкеля, в котором крутящий момент на вал передается от поршня специальной формы через взаимодействие двух шестерен, одна из которых имеет внутреннее зацепление, другая - внешнее.

Известен двигатель, в котором крутящий момент на вал передается от двух пар неравномерно-вращательных поршней с помощью соответственно двух пар эллиптических шестерен, одна из которых посажена на вал, другая соединена с парой поршней.

Все перечисленные двигатели обладают одним общим существенным отрицательным свойством. В каждом из них тяжело решается проблема отрицательных нагрузок при высоких оборотах двигателя.

В качестве прототипа принят двигатель, в котором устройство обеспечения неравномерно-вращательного движения поршней выведено в сторону от габаритов корпуса, в котором расположены поршни.

За счет вынесения устройства обеспечения неравномерно-вращательного движения поршней в сторону от габаритов корпуса двигатель обладает следующими основными отрицательными свойствами.

1. При высоких оборотах двигателя возникают значительные отрицательные нагрузки.

2. Увеличиваются габариты двигателя.

3. Не обеспечены условия смазки и теплоотвода шестерен.

4. Вал отбора мощности и валы, с которыми связаны поршни, являются балками консольного типа.

5. Один из валов, осуществляющих связь с поршнями, имеет место концентрации напряжения.

Перечисленные отрицательные свойства значительно снижают надежность работы двигателя. Улучшение условий нагружения валов и обеспечение шестерен картером приводит к значительному увеличению металлоемкости двигателя, усложнению его корпусных деталей, уменьшению удельной мощности, еще большему увеличению габаритов двигателя.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции, увеличение надежности двигателя.

Указанная задача решается тем, что устройство обеспечения неравномерно-вращающегося движения для каждой из двух пар поршней выполнено в габаритах основного корпуса двигателя.

На фиг.1 схематически изображен вид двигателя сбоку по осевому сечению; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - общий вид двигателя со снятой крышкой.

Двигатель содержит: цилиндр-корпус 1, закрытый с обеих сторон крышками 2 и 3. В цилиндр-корпус 1 помещены одинакового размера круглые шестерни с внутренним зацеплением 4 и 5 так, чтобы они прилегали друг к другу, к крышкам 2 и 3 и имели общую осевую линию с цилиндром-корпусом 1.

С шестерней 4 сцеплена круглая шестерня 6, а с шестерней 5 - круглая шестерня 7. Диаметры шестерен 6 и 7 вдвое меньше диаметров шестерен 4 и 5.

С шестерней 6 жестко скреплена эллиптическая шестерня 8, а с шестерней 7 - эллиптическая шестерня 9. Шестерни 6,7 и 8,9 насажены на ось 10.

С шестерней 8 сцеплена такая же эллиптическая шестерня 11, а с шестерней 9 - такая же шестерня 12. Шестерни 11 и 12 укреплены на валу двигателя 13 и развернуты относительно круга на 180^o.

Расстояние между центрами оси 10 и вала 13 равно величине большой оси эллиптических шестерен 8, 9, 11, 12. Направление большой оси шестерен 11 и 12 перпендикулярно линии, соединяющей центры оси 10 и вала 13.

На пересечении с линией, соединяющей центры оси 10 и вала 13, в цилиндре-корпусе 1 установлен источник зажигания 14.

На каждой из шестерен 4 и 5, между их внешней поверхностью и цилиндром-корпусом 1, на диаметрально противоположных сторонах укреплены по два одинаковых по форме поршня 15, 16 и 17, 18, плоскости торцов которых радиально направлены, перпендикулярны основанию цилиндра-корпуса 1 и поверхности которых прилегают к цилиндру-корпусу 1 и крышкам 2 и 3.

Поршни 15, 16, 17, 18 делят пространство между цилиндром-корпусом 1, шестернями 4 и 5 и крышками 2 и 3 на четыре камеры. Причем камеры между поршнями 15 и 17, 18 и 16 должны быть в несколько раз меньше камер между поршнями 15 и 18, 17 и 16. Размеры поршней вдоль образующей цилиндр-корпус 1 должны быт выбраны в зависимости от значения эксцентриситета эллипсов шестерен 8, 9, 11, 12 Шестерни расположены таким образом, чтобы источник зажигания 14 находился над камерой между поршнями 15 и 17.

Цилиндр-корпус 1 снабжен прорезью 19, соединенной с камерой рабочей смеси, и прорезью 20, выходящей в атмосферу. Прорези 19 и 20 расположены так, что прорезь 19 закрывается поршнем 16, а прорезь 20 - поршнем 18.

Работа двигателя осуществляется следующим образом: при вращении вала двигателя 13 по часовой стрелке поршни 18 и 16 в начальный момент имеют одинаковую скорость вращения. Затем в течение полуоборота вала 13 поршень 16 движется с большей скоростью, чем поршень 18, увеличивается объем камеры между ними, открывается прорезь 19 и через нее в камеру происходит впуск рабочей смеси. К концу полуоборота поршень 18 занимает положение поршня 16 и закрывает прорезь 19, а поршень 16 занимает положение поршня 17 и к этому моменту скорости поршней выравниваются.

Затем скорость поршня 18 начинает превосходить скорость поршня 16. Объем камеры между этими поршнями уменьшается, происходит сжатие рабочей смеси. К концу второго полуоборота скорости поршней выравниваются, камера между ними уменьшается до минимального объема, поршень 16 занимает первоначальное положение поршня 15, а поршень 18 - положение поршня 17. В этот момент происходит зажигание рабочей смеси источником зажигания 14.

Так как с этого момента скорость поршня 16 становится больше скорости поршня 18, и происходит это из-за того, что меняются соотношения рычагов, передающих движение поршням, то крутящий момент, передаваемый от поршня 16 на вал двигателя 13 за счет действия сил расширяющихся газов, будет больше, чем крутящий момент от поршня 18, образующийся за счет таких же по величине сил. Таким образом, на валу 13 в течение третьего полуоборота будет обеспечен положительный крутящий момент за счет сил расширяющихся газов.

В следующий полуоборот за счет уменьшения объема камеры меду поршнями 16 и 18 и того, что откроется прорезь 20, через нее будет происходить выпуск отработанных газов. К концу четвертого полуоборота поршни займут исходное положение.

Со сдвигом на полуоборот описанные процессы будут происходить поочередно в камерах между поршнями 15 и 18, 17 и 15, 16 и 17 Таким образом, на валу двигателя 13 непрерывно, не считая "мертвых точек", соответствующих концу каждого полуоборота, будет обеспечен положительный крутящий момент, т.е. будет обеспечена работа описываемого двигателя.

Предлагаемая конструкция может быть использована в дизельном варианте. В этом случае источник зажигания 14 должен быть заменен на источник впрыскивания горючего, а через прорезь 19 обеспечено нагнетание воздуха. Если в цилиндре-корпусе 1 на диаметрально противоположной стороне от прорезей 19 и 20 расположить аналогичные прорези, то мы получим конструкцию компрессора.

Предлагаемое решение четырехтактного двигателя внутреннего сгорания имеет ряд преимуществ перед известным двигателем, а именно:
1. Двигатель более компактный.

2. Улучшены условия нагружения вала отбора мощности.

3. Отсутствуют валы, с которыми скреплены поршни и которые, как и вал отбора мощности, являются в прототипе балками консольного типа, что приводит к увеличению надежности работы двигателя, уменьшению его металлоемкости, а следовательно, увеличению его удельной мощности.

4. Не требуется создания специального картера для теплоотвода и смазки применяемых шестерен.

5. Применяется меньшее количество более простых по форме деталей, что в свою очередь улучшает технологию изготовления двигателя.

Перечисленные преимущества обеспечивают увеличение надежности работы двигателя.

Большая удельная мощность двигателя, достигаемая за счет упрощения конструкции, позволяет значительно сократить расход материалов.

Предлагаемая конструкция позволяет при разработке действующей модели двигателя обеспечить отсутствие отрицательных нагрузок, что связано с симметричным расположением элементов двигателя.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель состоит из круглого корпуса, снабженного источником зажигания и двумя прорезями, одна из которых соединена с камерой рабочей смеси, а другая - с атмосферой, прорези в корпусе расположены симметрично относительно точки, находящейся на диаметрально противоположной от источника зажигания стороне, в корпус помещены четыре поршня, расположенные таким образом, чтобы источник зажигания находился между поршнями, а каждый из двух других закрывал одну из прорезей, поршни попарно укреплены на диаметрально противоположных сторонах, прилегающих друг к другу, и к корпусу шестерен с внутренним зацеплением, которые имеют общую осевую линию с корпусом, каждая из шестерен снабжена устройством плавного неравномерно-вращательного движения от общего вала двигателя. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, снабженный прорезями для впуска рабочей смеси и выпуска отработанных газов, поршни, устройство зажигания, отличающийся тем, что поршни выполнены в виде четырех деталей, попарно закрепленных на расположенных в габаритах корпуса шестернях с внутренним зацеплением, каждая из которых снабжена системой обеспечения плавного неравномерно-вращательного движения. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система обеспечения плавного неравномерно-вращательного движения шестерни цилиндрической формы выполнена в виде сцепленной с ней и имеющей вдвое меньший диаметр круглой шестерни с внешним зацеплением и двух сцепленных между собой эллиптических шестерен, одна из которых скреплена с круглой шестерней, а другая - с валом двигателя, при этом скрепленные с валом двигателя эллиптические шестерни каждой пары поршней развернуты друг относительно друга на 180^o.