РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТРОЯНА Российский патент 1999 года по МПК F02B53/00 F01C1/77 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в роторных двигателях внутреннего сгорания транспортных средств.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый разъемный корпус с торцевыми крышками и средствами газораспределения, в полости которого соосно с ней размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, кинематически связанные с валом с возможностью передачи на него усилия от поршней (см. Патент РФ 2014479, кл. F 02 В 53/00). В этом двигателе, взятом за прототип, передача усилия от поршней на выходной вал осуществляется с помощью сопряженных цилиндрических поверхностей кинематической цепи механизма синхронизации движения поршней, что не только снижает надежность и механический КПД двигателя, но и, требуя выполнения трудоемких деталей, существенно усложняет его конструкцию.

Предлагаемое изобретение отличается тем, что в известном роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем полый разъемный корпус с торцевыми крышками и средствами газораспределения, в полости которого соосно с ней размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, кинематически связанные с валом с возможность передачи на него усилия от поршней, двигатель снабжен жестко связанным с валом маховиком, корпус содержит фиксаторы поршней, а поршни связаны с валом зубчатым механизмом с возможностью передачи усилия от вала к поршням через промежуточную шестерню с неподвижной осью, при этом при движении одного из поршней кинематическая связь другого поршня с валом разомкнута.

Кроме того, зубчатый механизм содержит как минимум одну промежуточную шестерню.

Кроме того, каждый из поршней выполнен в виде как минимум одной лопасти.

Сущность изобретения состоит в том, что двигатель снабжен жестко связанным с валом маховиком, который, запасая энергию при рабочем ходе поршней, при необходимости может вернуть часть этой энергии поршням для обеспечения непрерывной работы двигателя. Установка на корпусе двигателя фиксаторов для поршней позволяет получить фиксированную камеру сгорания, ограниченную двумя поршнями, один из которых неподвижен за счет фиксатора, а другой подвижен для передачи работы расширения через зубчатый механизм на вал. Фиксация этого другого поршня производится только на момент образования камеры сгорания и при подаче топлива (в зависимости от выбранного режима двигателя - карбюраторного или дизельного) фиксатор автоматически удаляется поршнем при превышении давления, а движущийся поршень в процессе расширения передает энергию через зубчатый механизм валу.

Таким образом, наличие признаков - жестко связанного с валом маховика и фиксаторов поршней, позволяют периодически образовывать камеру сгорания за счет того, что маховик, получив энергию от движущегося при расширении поршня, часть этой энергии затрачивает на то, чтобы поршни вновь "образовали" камеру сгорания с помощью фиксаторов для обеспечения следующего цикла.

Очевидно, что варьируя количеством подаваемого топлива при определенном объеме камеры сгорания можно подобрать такой режим, при котором разность в работе, переданной поршнем маховику и от маховика поршню, была бы максимальной.

При этом поршни связаны с валом зубчатой передачей через промежуточную шестерню, ось которой закреплена в крышках. В этом случае вал имеет внешнее зубчатое зацепление, а поршни - внутреннее, а между ними размещена как минимум одна шестерня с неподвижной осью. Такая кинематическая связь поршней с валом позволяет без промежуточных передаточных потерь передавать крутящий момент от поршня на вал с маховиком, при этом обратная передача момента от маховика поршню будет иметь место лишь тогда, когда крутящий момент маховика превысит крутящий момент поршня. Необходимо отметить, что при движении одного поршня в процессе расширения промежуточная шестерня, вращаясь, передает крутящий момент на вал, а другой поршень остается зафиксированным на месте, поскольку у него в этот момент нет кинематической связи с валом, а точнее с промежуточной шестерней. Это достигается тем, что часть зубьев на определенном интервале внутреннего зацепления поршня отсутствует и в зацепление с промежуточной шестерней этот поршень войдет лишь тогда, когда будет стронут со своего фиксированного положения набегающим с помощью маховика другим поршнем. При этом набегающий с помощью маховика поршень сжимает заряд воздуха и повышающим перед ним давлением сдвигает перед собой поршень с одного фиксатора до другого, а сам встает на первый фиксатор - в результате поршни вновь образовали камеру сгорания. Таким образом, пока один поршень выполняет функцию неподвижной стенки камеры сгорания, другой поршень передает энергию сгорающего топлива на маховик, затем за счет энергии маховика сжимает свежий заряд воздуха и, перемещая первый поршень на второй фиксатор, занимает его место на первом фиксаторе и уже сам становится неподвижной стенкой камеры сгорания.

Очевидно, что если каждый поршень выполнить двух- или трехлепестковым с соответствующим размещением средств газораспределения и топливоподачи, эффективность двигателя существенно возрастет.

Такое выполнение двигателя создает не только его компактность за счет малого числа движущихся частей, но и существенно упрощает двигатель, повышая его надежность.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен роторный двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3-6 - схемы термодинамических процессов
Двигатель содержит корпус 1, имеющий цилиндрическую полость 2, окно 3 для впуска горючей смеси (или для впуска свежего воздуха в варианте дизеля), окно 4 для выпуска отработавших газов, электрическую свечу 5 зажигания (или форсунку в варианте дизеля). Корпус 1 закрыт крышками 6 и 7. В корпусе 1 и крышках 6 и 7 имеются сообщающиеся полости 8 для охлаждающей жидкости.

Соосно с полостью 2 размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни 9 и 10 с газовыми и масляными уплотнениями 11 (фиг. 2). Поршни 9 и 10 выполнены заодно с ободами 12 и 13, имеющими внутреннее зубчатое зацепление, взаимодействующее с промежуточной шестерней 14, свободно вращающейся на закрепленной в крышках 6 и 7 оси 15. Выходной конец вала 16 соединен с маховиком 17, а другой конец вала 16, опираясь на подшипники 18 в крышках 6 и 7, имеет наружные зубья, которые также взаимодействуют с промежуточной шестерней 14. В корпусе 1 размещены односторонние фиксаторы 19 и 20.

Роторный двигатель работает следующим образом. В цилиндрической полости 2 корпуса 1 образован как минимум один рабочий объем, ограниченный плоскими рабочими поверхностями поршней 9 и 10, внутренними плоскими поверхностями крышек 6 и 7, цилиндрическими поверхностями полости 2 и ободов 12 и 13 поршней 9 и 10. Рабочий объем герметизируется газовыми и масляными уплотнениями 11, а всасывающий и выхлопной патрубки 3 и 4 для предотвращения перетекания зарядов оснащены невозвратными заслонками (на фиг. не показано).

В момент образования рабочего объема (конец процесса сжатия) поршни 9 и 10 односторонне закреплены фиксаторами 27 и 28, образуя камеру сгорания со сжатой горючей средой без возможности смещения в сторону увеличения ее объема. При подаче искры смесь взрывается, образуя продукты сгорания, которые начинают расширяться и повышенным давлением, преодолевая усилие затяжки фиксатора 19, начинают двигать поршень 9 (в направлении, указанном стрелкой на фиг. 3). Поршень 9 совместно с ободом 12 передает усилие через промежуточную шестерню 14 на вал 16, вращая при этом маховик 17. Процесс расширения будет происходить до открытия поршнем 9 выхлопного окна 4, после чего поршень 9, потеряв скорость, далее будет перемещаться в том же направлении маховиком 17. Это обеспечивается тем, что маховик, имея определенную энергию, будет продолжать вращение, передавая момент с вала 16 через промежуточную шестерню 14 на обод 12 поршня 9. Очевидно, что количеством поданного топлива можно сообщить маховику 17 большую энергию с тем, чтобы мощности, переданной поршнем 9 маховику 17, было бы достаточно для перемещения поршня 9 на фиксатор 20.

Далее поршень 9, продолжая движение за счет маховика 17, сжимает перед собой объем газа (фиг. 4) и давлением сжатого газа смещает поршень 10 с фиксатора 20, продвигает поршень 10 до фиксатора 19 (фиг. 5), а сам защелкивается на фиксаторе 20 (фиг. 6). Необходимо отметить, что пока поршень 9 находился в движении, поршень 10 стоял все это время на фиксаторе 20 за счет того, что в момент установки на фиксатор 20 у обода 13 поршня 10 (так же, как и у обода 12 поршня 9) зацепление с шестерней 14 отсутствует. Таким образом, пока один поршень участвует в движении, второй всегда будет стоять на месте, и выстой этот составляет 8-9 град., т.е. соответствуют ходу поршня от одного фиксатора до другого.

Установка нескольких промежуточных шестерен 14 позволит уравновесить двигатель в случае использования нескольких поршней или поршней с двумя или тремя лепестками. Естественно, что увеличение лопастей или поршней позволяет более полно использовать полость роторного двигателя для повышения мощности двигателя.

В силу своей простоты и компактности, а также по возможности переналадки на различные исполнения за счет изменения объема камеры сгорания путем изменения расстояния между фиксаторами, за счет изменения положения окон входа и выхода, за счет насыщения числа лопастей или поршней, заявляемая конструкция двигателя может быть без труда рассчитана на различного потребителя.

За счет одностороннего движения поршней и простоты кинематической передачи от поршней к валу в заявляемом двигателе в качестве топлива может быть реализован класс взрывчатых веществ - химических соединений или смесей веществ, способных к быстрой химической реакции, сопровождающейся выделением большого количества тепла и образованием газов, при этом процесс расширения будет существенно больше 180 град. Кроме того, конструкцию предлагаемого изобретения можно использовать в качестве компрессора.

Пример конкретного выполнения. Диаметр полости 2 роторного двигателя составлял 320 мм, внутри которого размещались вал 16 диаметром 70 мм и промежуточная шестерня 14 диаметром 40 мм. Высота лопатки поршня составляла 80 мм и при толщине лопаток 10 мм (ширине полости 2) объем камеры сгорания составлял 1 л. Запуск двигателя требовал, как и у обычных двигателей, увеличенной подачи топлива, после чего путем поиска оптимальной подачи топлива двигатель уверенно разгонял маховик 17 и легко поддавался регулировке по скоростному и нагрузочному режиму.

Двигатель может быть использован в роторных двигателях внутреннего сгорания транспортных средств. Двигатель содержит полый разъемный корпус с торцевыми крышками и средствами газораспределения. В его полости размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни (9, 10) с газовыми и масляными уплотнениями (11. Двигатель снабжен жестко связанным с валом (16) маховиком. Корпус содержит фиксаторы (19, 20) поршней. Поршни связаны с валом зубчатым механизмом с возможностью передачи усилия от вала к поршням через промежуточную шестерню (14) с неподвижной осью, при этом при движении одного из поршней кинематическая связь другого поршня с валом разомкнута. Задачей изобретения является повышение надежности и механического КПД путем компактности и упрощения конструкции. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Роторный двигатель, содержащий полый разъемный корпус с торцевыми крышками и средствами газораспределения, в полости которого соосно с ней размещены с возможностью вращения и взаимного смещения лопастные поршни с газовыми и масляными уплотнениями, кинематически связанные с валом с возможностью передачи на него усилия от поршней, отличающийся тем, что двигатель снабжен жестко связанным с валом маховиком, корпус содержит фиксаторы поршней, а поршни связаны с валом зубчатым механизмом с возможностью передачи усилия от вала к поршням через промежуточную шестерню с неподвижной осью, при этом при движении одного из поршней кинематическая связь другого поршня с валом разомкнута. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что зубчатый механизм содержит как минимум одну промежуточную шестерню. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый из поршней выполнен в виде как минимум одной лопасти.