ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F01C1/08 F02B55/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, может быть применено в моторостроении и предназначено преимущественно для автомототранспорта, сельхозмашин и других передвижных и стационарных силовых установок.

Известен классический поршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из корпуса-картера с рабочими камерами, поршней и кривошипно-шатунного механизма [1].

Недостатком поршневых двигателей является сложность конструкции, громоздкость, наличие большого числа деталей, совершающих сложные формы движения (поступательное, колебательное, плоскопараллельное), приводящих к негативным процессам, таким как вибрация, ударные воздействия, что в конечном итоге сказывается на сроке службы и себестоимости двигателя в процессе производства и эксплуатации.

Известен также роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания с трохоидальной рабочей камерой, в котором ротор-поршень, установленный на эксцентриковом валу, выполняет сложное вращательно-колебательное движение внутри цилиндра, имеющего также сложную форму [2]. Цилиндр при этом оказывается разгороженным на несколько камер: всасывания, сгорания и выпуска. Роторно-поршневой двигатель заметно меньше своего "классического" собрата и как следствие легче. В нем меньше движущихся деталей, отсутствует система газораспределения. Двигатель обладает необычайно высокой литровой мощностью.

Однако камера сгорания представляет собой вытянутый полумесяц. У такой конфигурации велики потери тепла о стенки камеры (поскольку их поверхность велика), что снижает термический КПД мотора и, следовательно, его экономичность. По той же причине выше токсичность отработанных газов и склонность к детонации невелика из-за интенсивного охлаждения и перемешивания несгоревшей смеси. Кроме того, сложная геометрическая форма цилиндра (его основанием служит эпитрохоида) представляет значительные трудности в изготовлении и исключает ремонт.

Задачей предлагаемого технического решения является значительное увеличение срока службы устройства, увеличение мощности и крутящего момента, снижение вибрации, а также уменьшение затрат при производстве и эксплуатации устройства.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, три ротора-поршня, расположенные в одном корпусе-картере таким образом, что оси их вращения при проецировании на плоскость вращения преобразуются в точки, образующие вершины равностороннего треугольника со стороной, равной и уравнение проекции ротора-поршня на плоскость вращения, описывается математическими зависимостями:

где R_max - максимальный радиус (задается произвольно);
R^* - текущий радиус;
ϕ^* - текущий угол.

Роторы-поршни при вращении с одинаковой угловой скоростью образуют между своими поверхностями замкнутые полости (рабочие камеры) переменного объема, выполняя таким образом еще и функцию цилиндра.

Сущность изобретения поясняется чертежами:
На фиг. 1 изображена схематично плоскость вращения двухкамерного двигателя внутреннего сгорания, где точки А, В, С и D являются проекциями осей вращения роторов-поршней, а образованные треугольники ABC и BCD являются равносторонними с длиной стороны На фиг. 2 приведен (для примера) ротор-поршень, где R_max =80,00 мм., а значения ϕ^* и R^* (полярные координаты) определены по приведенным выше формулам. Полученные данные сведены в таблицу. На фиг. 3 - разрез А-А по фиг.4, схематично представлен разрез двигателя, содержащего четыре ротора-поршня, расположенных на четырех продольных валах и заключенных в общий корпус-картер. На фиг. 4 - разрез Б-Б по фиг. 3, показаны рабочие камеры переменного объема в исходном положении в момент максимального сжатия (верхняя камера) и максимального объема (нижняя камера). На фиг. 5 - разрез Б-Б по фиг. 3 (при повороте на 30^o от исходного), показаны рабочие камеры переменного объема, образованные поверхностями роторов-поршней при вращении против часовой стрелки, в которых происходит сжатие смеси (нижняя камера) и ее воспламенение (верхняя камера). На фиг. 6 - разрез Б-Б по фиг. 3 (при повороте на 60^o от исходного), в нижней камере достигается максимальное сжатие, а в верхней - достижение максимального объема. На фиг. 7 - разрез Б-Б по фиг. 3 (при повороте на угол более 60^o от исходного), происходит образование нижней камеры и начало процесса сжатия в верхней камере. На фиг. 8 - разрез Б-Б по фиг. 3 (при повороте на 120^o), снова исходное положение нижней и верхней камер.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания содержит роторы-поршни (1), валы (2), общий корпус-картер (3), синхронизирующий редуктор (4). В торцевых гранях корпуса-картера сделаны углубления (5), которые являются компрессионными камерами. В вершинах компрессионных камер расположены элементы воспламенения горючей смеси (свечи)(6). В торцевых гранях также находятся впускные отверстия (7) и выпускные отверстия (8). Грани взаимно сопрягающихся при вращении роторов-поршней образуют между собой замкнутые полости (рабочие камеры): верхнюю и нижнюю камеры переменного объема.

Двигатель работает следующим образом. Роторы-поршни (1), расположенные на четырех продольных валах (2) и заключенные в общий корпус картер (3), осуществляют простое вращательное движение против часовой стрелки. Синхронизирующее устройство (4) обеспечивает вращение всех валов с одинаковой угловой скоростью. В качестве синхронизирующего устройства может быть ременная, цепная передача или шестеренчатый редуктор. В нижнюю камеру при ее максимальном объеме через впускные отверстия (7) подается горючая смесь (см. фиг. 4, нижняя камера). При дальнейшем синхронном вращении впускные отверстия перекрываются плоскостями вращающихся роторов, и происходит сжатие горючей смеси (см. фиг. 5, нижняя камера). При уменьшении объема данной полости сжимаемая смесь вытесняется в компрессионные камеры (5), форма и размер которых очерчивается линией вращения максимального радиуса роторов. Компрессионные камеры со сжатой и вытесненной в них горючей смесью, в момент максимального сжатия (вершины трех роторов-поршней проходят максимально близко друг от друга) (см. фиг. 6, нижняя камера), перекрываются плоскостями вращаемых роторов-поршней, предотвращая ее вырывание наружу, а при дальнейшем вращении образуется новая полость малого объема (см. фиг. 7, нижняя камера), и смесь попадает в нее, где и происходит воспламенение смеси от воспламеняющих элементов (свечей) (6), приводящей к совершению работы, увеличению объема и вращению роторов (см. фиг. 8, нижняя камера). Отработанные газы выводятся наружу через выпускные отверстия (8). Такой же процесс в своей фазе происходит и в верхней камере предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания, делая двигатель подобным двухцилиндровому поршневому или двухсекционному роторно- поршневому двигателю.

Таким образом, в предложенном двигателе работа воспламеняемой горючей смеси направлена непосредственно на совершение простого вращательного движения, снижающего такие негативные процессы, как вибрация или ударные воздействия, что в конечном итоге значительно увеличивает срок его службы. Увеличение литровой мощности, крутящего момента на более низких оборотах достигается за счет того, что полный оборот роторов-поршней на 360^o происходит за три цикла воспламенения горючей смеси, а также за счет более рационального приложения равнодействующей силы, что также увеличивает и КПД мотора. Применение стандартных, взаимозаменяемых роторов-поршней снижает себестоимость производства подобных двигателей, упрощает эксплуатацию и ремонт. К тому же конструкция двигателя - количество роторов-поршней в плоскости вращения, количество роторов-поршней на продольных валах может быть любым (не менее трех в одной плоскости), что при незначительном увеличении габаритных размеров существенно увеличивает мощность двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет увеличить срок службы силового агрегата, мощность и крутящий момент, снизить вибрации, а также уменьшить затраты при производстве и эксплуатации. Двигатель содержит роторы-поршни. По меньшей мере три ротора-поршня расположены в одном картере-корпусе так, что оси их вращения при проецировании на плоскость вращения преобразуются в точки, образующие вершины равностороннего треугольника со стороной, равной , и уравнение проекции ротора-поршня на плоскость вращения описывается математическими зависимостями, где R_max - максимальный радиус (задается произвольно). Роторы-поршни при вращении с одинаковой угловой скоростью образуют между своими поверхностями замкнутые полости (рабочие камеры) переменного объема, выполняя таким образом еще и функции цилиндра. 8 ил., 1 табл.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий роторы-поршни, отличающийся тем, что по меньшей мере три ротора-поршня, расположенные в одном картере-корпусе так, что оси их вращения при проецировании на плоскость вращения преобразуются в точки, образующие вершины равностороннего треугольника со стороной, и уравнение проекции ротора-поршня на плоскость вращения описывается математическими зависимостями

где R_max - максимальный радиус (задается произвольно);
R* - текущий радиус;
ϕ^* - текущий угол,
роторы-поршни при вращении с одинаковой угловой скоростью образуют между своими поверхностями замкнутые полости (рабочие камеры) переменного объема, выполняя, таким образом, еще и функции цилиндра.