ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02B55/14 

Изобретение относится к технике преобразования жидкого или газообразного топлива в механическую работу и может быть использовано в народном хозяйстве в качестве силового агрегата легковых, грузовых, гоночных автомобилей и другой техники.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий на жидком и газообразном топливе (1,2). Он имеет блок цилиндров, головку блока цилиндров, коленчатый вал, поршень, шатуны, газораспределительный механизм, систему подачи топлива, систему зажигания, систему смазки, систему охлаждения, всасывающий и выхлопной коллекторы. Работает двигатель по двух- или четырехтактной схеме.

В четырехцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала четыре поршня совершают шестнадцать тактов (циклов), из которых только четыре совершают полезную работу, а двенадцать тактов - подготовительную. Это приводит к увеличению расхода топлива на единицу мощности, неполному сгоранию рабочей смеси, что обуславливает повышение концентрации вредных примесей в выхлопных газах, снижению коэффициента полезного действия (кпд), усложняет конструкцию двигателя, его массу.

Известна конструкция ДВС, выбранная в качестве прототипа (1,2), содержащего корпус (статор) с полостью специальной двухэпитрохоидной формы, треугольный ротор (поршень) с выпуклыми сторонами. Выпуклые стороны ротора снабжены выемками. С ротором (соосно с ним) скреплена цилиндрическая шестерня с внутренним зацеплением, входящая в зацепление с неподвижной шестерней, закрепленной в крышке корпуса, неподвижная шестерня расположена соосно с эксцентриковым валом, на котором установлен ротор. Ось эксцентрикового вала проходит через центр рабочего пространства. При работе двигателя вращается расположенный на эксцентриковом валу ротор. Так как ротор жестко связан с шестерней, которая обкатывается по неподвижной шестерне, то он одновременно вращается на подшипнике вокруг своей оси, совершая таким образом планетарное движение. При движении ротора все три его вершины постоянно касаются эпитрохоидной поверхности корпуса, образуя три, отдельные одна от другой, перемещающиеся серповидные камеры, в которых формируются подготовительные и рабочие циклы (такты).

Двигатель работает по двухтактной схеме, и за один оборот ротора совершается один рабочий цикл, а остальные циклы подготовительные.

Недостатком известной конструкции является ее сложность и особо точное изготовление всех сопрягаемых деталей и узлов. Рабочее пространство статора, выполненное в виде двухэпитрохоидной формы поверхности, и ротора треугольной формы с выпуклыми сторонами и выемками, все это необходимо для создания подготовительных и рабочего циклов.

Сложность конструкции двигателя - наличие подготовительных циклов, трущихся рабочих поверхностей сложной формы, которые не позволяют значительно увеличить мощность двигателя и его кпд, так как для увеличения мощности необходимо увеличить объем рабочей смеси, что влечет за собой увеличение объема камеры сгорания и числа оборотов ротора.

Цель изобретения - упрощение конструкции двигателя, увеличение его мощности, повышение коэффициента полезного действия, увеличение срока службы. Указанная цель достигается за счет того, что камера сгорания топлива выполнена из двух полукамер: верхней, расположенной по образующей цилиндрической поверхности статора, и нижней, расположенной по образующей цилиндрической поверхности ротора, при этом нижняя полукамера выполнена из двух рабочих зон: малой и большой, соединенных между собой каналом. При вращении ротора малая зона нижней полукамеры совмещается с верхней полукамерой. В этот момент подается порция топлива, порция сжатого газа и искра. Происходит воспламенение рабочей смеси. Давление возрастает, образовавшиеся горящие газы через канал поступают в большую зону нижней полукамеры, где, догорая, расширяются, создают импульс количества движения, совершается вращение ротора. И так цикл снова повторяется.

Значительное упрощение конструкции двигателя достигается за счет исключения сложной конструкции полостей статора (в виде двухэпитрохоидной формы поверхности) и ротора (в виде треугольной формы с выпуклыми сторонами и выемками).

Предлагаемая конструкция двигателя в своей работе исключает подготовительные циклы и позволяет совершать только рабочий цикл.

В данном варианте двигатель снабжен тремя камерами сгорания топлива, что позволяет за один оборот ротора совершать девять рабочих циклов.

У прототипа за один оборот ротора совершается только один рабочий цикл. Для совершения шести тысяч рабочих циклов в минуту прототипу необходимо произвести шесть тысяч оборотов ротора.

В предлагаемом двигателе шесть тысяч рабочих циклов совершается за шестьсот шестьдесят шесть оборотов ротора в минуту, а за тысячу оборотов ротора в минуту совершается девять тысяч рабочих циклов.

На фиг. 1 изображен общий вид двигателя; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - разрез по А-А, где показано (обозначено) вращение ротора в сторону каналов для выпуска отработанных газов из камеры сгорания топлива (выход газов обозначен стрелками).

Двигатель внутреннего сгорания имеет статор (корпус) 1, по образующей цилиндрической поверхности которого расположены верхние полукамеры (в данном варианте их три). В статоре 1 на валу 3 и подшипниках 4 установлен ротор 5, по образующей цилиндрической поверхности которого расположены нижние полукамеры (в данном варианте их три), выполненные из двух рабочих зон - малой 6 и большой 7, соединенных между собой каналом 8. При вращении ротора 5 малая зона 6 нижней полукамеры, совмещаясь с верхней полукамерой 2, образует камеру сгорания 9. Подача порции топлива в камеру сгорания 9 осуществляется форсункой 10, порция сжатого газа через штуцер 11, воспламенение рабочей смеси осуществляется свечей зажигания 12.

Синхронизация подачи порции топлива, порции сжатого газа и искры осуществляется распределительным диском 13. От продольного перемещения ротор 5 удерживается крышками 14 и 15, отвод отработанных газов из камеры сгорания 9 осуществляется через каналы 16 и патрубки 17. Для отвода тепла в теле ротора 5 выполнены сквозные отверстия 18. Привод компрессора осуществляется через шкив 19 (не обозначен). Для прокручивания рукояткой ротора 5 служит прорезь 20. Для запуска двигателя стартером и крепления муфты сцепления служит диск 21. Крепление корпуса (статора) 1 двигателя к раме осуществляется лапами 22.

Работа двигателя
Стартером или рукояткой раскручиваем ротор. При вращении ротора малая зона его нижней полукамеры совмещается с верхней полукамерой статора. В этот момент с распределительного диска синхронно подается порция топлива, порция сжатого газа и искра. Происходит воспламенение рабочей смеси. Давление возрастает. Образовавшиеся горячие газы через канал поступают в большую зону нижней полу, камеры где, догорая, расширяются, создают импульс количества движения, совершается вращение ротора. И так цикл снова повторяется.

Так как в предлагаемом варианте существуют три камеры сгорания, то за один оборот ротора двигатель совершает девять рабочих циклов. Отработанные газы выбрасываются наружу через каналы, выполненные по образующей поверхности статора. Для отвода тепла в теле ротора выполнены сквозные отверстия.

Источники информации
1. Автомобильные двигатели. Под редакцией М.С. Ховаха. Москва, Машиностроение, 1977 г., с. 5-15; с. 548-553.

2. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. А.В. Николаенко. Москва. Колос, 1984 г., с. 13-60; с. 320- 321.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве силового агрегата легковых, грузовых, гоночных автомобилей и другой техники. Изобретение позволяет упростить конструкцию, уменьшить габариты и массу. Двигатель содержит статор, ротор, свечи зажигания, камеру сгорания. Камера сгорания топлива выполнена из двух полукамер: верхней, расположенной по образующей цилиндрической поверхности статора, и нижней, расположенной по образующей цилиндрической поверхности ротора. Нижняя полукамера выполнена из двух рабочих зон: малой и большой, соединенных между собой каналом. 3 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор, ротор, свечи зажигания, камеру сгорания, отличающийся тем, что камера сгорания топлива выполнена из двух полукамер верхней, расположенной по образующей цилиндрической поверхности статора, и нижней, расположенной по образующей цилиндрической поверхности ротора, при этом нижняя полукамера выполнена из двух рабочих зон малой и большой, соединенных между собой каналом.