РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F02B53/08 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и, в частности, к двигателям с эксцентричным расположением роторов-поршней в комбинации с кривошипно-кулисным механизмом.

Известен роторный двигатель, содержащий корпус с цилиндрической полостью и камерой сгорания, вал и эксцентрично установленный в полости ротор с радиальными пазами, в которых размещены стаканы с возможностью их радиального перемещения относительно ротора, а в стаканах - поршни, кинематически связанные с валом, установленные с возможностью вращения относительно корпуса и радиального перемещения относительно стаканов, причем вал установлен эксцентрично осям ротора и полости корпуса.

Недостатком такой конструкции являются: сложность, наличие большого количества взаимосопряженных (трущихся) деталей и ударных нагрузок [1].

Известен также роторный ДВС, содержащий корпус с соосно расположенными цилиндрическими камерой нагнетания-сгорания и камерой расширения, разделенными поперечной стенкой, закрытыми боковыми стенками и связанными между собой системой газораспределения с возможностью периодического сообщения, роторы с радиальными пазами, размещенные эксцентрично на валу в камерах с возможностью касания с цилиндрическими и торцевыми поверхностями камер, и радиальные лопатки, кинематически связанные с сопряженными пазами роторов и корпусом [2].

Недостатком этого двигателя является наличие больших удельных динамических нагрузок на сопрягаемых поверхностях пар ротор-лопатки и наличие фрикционного взаимодействия лопаток и роторов с цилиндрической поверхностью корпуса, что не увеличивает долговечность.

Задача изобретения - снижение удельных динамических нагрузок и фрикционного взаимодействия в кинематических связях двигателя.

Технический результат - повышение долговечности двигателя.

Это достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с соосно расположенными цилиндрическими рабочими камерами, разделенными поперечной стенкой, закрытыми боковыми стенками и связанными между собой системой газораспределения с возможностью периодического сообщения через канал в поперечной стенке, роторы с пазами, размещенными эксцентрично в камерах с возможностью касания с цилиндрическими и торцевыми поверхностями камер и связанными с валом кинематической передачей, сопряженной с пазами и корпусом, кинематическая передача выполнена в виде кривошипно-кулисного механизма с качающейся кулисой, пазы роторов - с параллельными стенками, а оси роторов закреплены со взаимным угловым смещением в дисках вала, при этом ось кулисы размещена в корпусе, а диски вала - в поперечной и боковых стенках.

Кроме того, кулиса выполнена полой, а стенки неподвижными. Использование кривошипно-кулисного механизма в качестве кинематической связи роторов и вала обеспечивает получение сложного плоского движения роторов, в результате чего в паре "ротор-цилиндрическая поверхность камеры" линия их контакта в каждый момент последовательно перемещается по образующей (нечто вроде процесса обкатывания), а связь кулисы с ротором посредством паза с параллельными стенками в роторах снижает удельную динамическую нагрузку на сопрягаемые поверхности. Сами кулисы, кроме того, выполняют роль герметизирующей перегородки, разделяющей рабочие объемы с разным давлением.

На фиг.1 показан продольный разрез двигателя, на фиг.2 - кулиса, на фиг. 3-6 - разрезы на фиг.1 соответственно по А-А, Б-Б, В-В, Г-Г. Для наглядности зазоры увеличены.

Двигатель содержит корпус 1 с соосно расположенными цилиндрическими камерами впуска-сжатия 2 и сгорания и расширения-выпуска 3, разделенными поперечной стенкой 4 и закрытыми боковыми стенками 5 и 6, связанными между собой системой газораспределения с возможностью периодического сообщения через канал 7 в поперечной стенке 4, роторы-поршни 8 и 9, эксцентрично размещенные в камерах 2 и 3 на осях 10 и 11, жестко закрепленных в дисках 12 вала 13 со взаимным угловым смещением α, два кривошипно-кулисных механизма, каждый из которых включает кулису 14, установленную на оси 15 в корпусе 1 и сопрягаемую с пазами 16 в теле роторов 8 и 9. Система уменьшения усилий между соприкасающимися поверхностями включает в себя выступы 17 и внутренние пазы ротора 16. Роль ползуна выполняет тело ротора, а осью вращения кривошипа является ось вала 13. Диски 12 жестко закреплены на валу 13 и установлены в неподвижных стенках 4-6.

Жесткая связка дисков 12 и осей 10 и 11 (роторов 8 и 9) с валом 13 выполняет роль коленчатого вала с щеками в виде дисков 12 и позволяет обеспечить взаимное угловое смещение, при котором происходит перетекание заряда из объема сжатия камеры 2 в объем расширения камеры 3.

Система газораспределения включает впускной канал 18, каналы 19, 20 в теле ротора 8, каналы 7 и 21 в поперечной стенке и выпускной канал 22. Кулиса 14 служит перегородкой в камере и может быть выполнена пустотелой.

При объяснении работы двигателя следует учитывать, что:
функционально каждая из двух камер имеет два замкнутых рабочих объема, разделенных кулисой 14 и линией касания ротора и корпуса. В камере 2 выполняются такты впуска и сжатия рабочего заряда, в камере 3 - его поджигание, расширение (рабочий ход) и выпуск отработавшего заряда;
крутящий момент создается в камере 3 за счет сил давления газов и с помощью диска 12 в стенке 4 передается в камеру 2 для сжатия свежего заряда.

Двигатель работает следующим образом. При запуске вращается вал 13, передавая движение через диски 12, оси 10 и 11 на роторы 8 и 9, которые будут совершать сложное плоское движение и качать кулису 14. В момент перехода кулисой 14 среднего положения (фиг. 3) в камере 2 происходит впуск заряда через канал 18 в правый объем камеры. В дальнейшем ротор 8, контактируя своей образующей с цилиндрической поверхностью камеры 2 и перемещаясь (вправо вниз), уменьшает левый рабочий объем камеры (от места контакта влево до кулисы 14). Происходит сжатие заряда. При этом каналы 19 и 20 (фиг.4) перекрыты стенкой 4. С началом сжатия заряда в освободившийся объем камеры 2 (между правой стенкой кулисы 14, ротором 8 и цилиндрической поверхностью корпуса 1) подается новый заряд. Таким образом, в камере 2 одновременно происходят два такта четырехтактного цикла двигателя - впуск свежего заряда и сжатие предыдущего.

При определенном взаимоположении ротора 8 (при подходе кулисы 14 слева к среднему положению) и ротора 9 соединяются каналы 20 и 21 в стенке 4 (фиг. 5), сжатый заряд перетекает через канал 7 в камеру 3, затем связь каналов прекращается. В камере 3 сжатый заряд сгорает (свеча не показана) и расширяется (фиг. 6). Равнодействующая сил давления газов перемещает ротор 9 в поперечной плоскости, вращает вал 13 через диски 12 и перемещает ротор 8. Отработавший заряд выходит из камеры 3 через канал 22.

Цикл работы повторяется.

Угол смещения α осей 10 и 11 в среднем диске 12 обеспечивает такой объем сжатого заряда, который соответствует заданной степени сжатия.

За один оборот вала 13 в каждом замкнутом объеме осуществляется один такт четырехтактного цикла двигателя, в то время как у обычного поршневого двигателя за это время осуществляются два такта (например, впуск и сжатие заряда или рабочий ход и выпуск). За счет того, что время на осуществление процесса сгорания увеличено в два раза, представляется возможным в два раза увеличить число оборотов, а вместе с ним и мощность двигателя.

Источники информации
1. Авт. свид. N 1574866 F 02 В 53/00, 1990.

2. Патент РФ N 2006617 F 02 В 53/00, 1994.4

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение долговечности двигателя. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус с соосно расположенными цилиндрическими рабочими камерами, разделенными поперечной стенкой с возможностью периодического сообщения через канал, а также роторы, которые размещены эксцентрично с возможностью касания с цилиндрическими и торцевыми поверхностями камер и связаны с валом кривошипно-кулисным механизмом с качающейся кулисой. При этом оси роторов закреплены на валу с взаимным угловым смещением, а ось кулисы размещена в корпусе. Согласно изобретению канал системы газораспределения выполнен в поперечной стенке, кулиса снабжена выступами, в роторах выполнены пазы, сопряженные с кулисой, а роторы закреплены на дисках вала, размещенных в поперечной и боковых стенках. 6 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с соосно расположенными цилиндрическими рабочими камерами, разделенными поперечной стенкой, закрытыми боковыми стенками и связанными между собой системой газораспределения с возможностью периодического сообщения через канал, а также роторы, которые размещены эксцентрично с возможностью касания с цилиндрическими и торцевыми поверхностями камер и связаны с валом кривошипно-кулисным механизмом с качающейся кулисой, при этом оси роторов закреплены на валу со взаимным угловым смещением, а ось кулисы размещена в корпусе, отличающийся тем, что канал системы газораспределения выполнен в поперечной стенке, кулиса снабжена выступами, в роторах выполнены пазы, сопряженные с кулисой, а роторы закреплены на дисках вала, размещенных в поперечной и боковых стенках.