ДВС ДУДИНА, БИРОТАЦИОННЫЙ С ТОРОИДАЛЬНЫМИ ПОРШНЯМИ Российский патент 2006 года по МПК F01C1/77 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Широко известны ДВС с кривошипно-шатунным механизмом привода поршней.

Общим недостатком таких ДВС является болтанка поршня в цилиндре при выполнении рабочих ходов тактов. В результате чего поршень трется своей юбкой о зеркало цилиндра, что приводит к потере полезной мощности и требует усиленной смазки трущихся поверхностей.

Вторым недостатком является кинематика движения поршня. Поршень при смене тактов резко меняет направление своего движения, находясь в верхней и нижней мертвой точке. Возникают большие инерционные нагрузки, что приводит к вибрации двигателя и большим инерционным нагрузкам на шатуны.

Наиболее близким к заявленному является роторный двигатель внутреннего сгорания биротативный с тороидальными поршнями, содержащий систему образования рабочей смеси, систему газораспределения, систему зажигания, систему смазки, блок цилиндров с поршнями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения внутри цилиндра, причем цилиндры тороидального типа объединены в блок цилиндров, расположены по окружности, поршни размещены внутри цилиндров и объединены в блок поршней, расположены по окружности с возможностью совершать возвратно-поступательные движения внутри цилиндров и вращаться в одну сторону с блоком цилиндров от пары некруглых шестерен двухвального с коаксиально расположенными валами асинхронного шестеренчатого редуктора с переменным передаточным отношением, один вал которого жестко соединен с блоком цилиндров, а второй - с блоком поршней (заявка ФРГ №3444023, опуб. 13.06.1985).

Недостатком известного двигателя является малая надежность работы механизма.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания биротативный с тороидальными поршнями, содержащий систему образования рабочей смеси, систему газораспределения, систему зажигания, систему смазки, блок цилиндров с поршнями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения внутри цилиндра, причем цилиндры тороидального типа объединены в блок цилиндров, расположены по окружности, поршни размещены внутри цилиндров и объединены в блок поршней, расположены по окружности с возможностью совершать возвратно-поступательные движения внутри цилиндров и вращаться в одну сторону с блоком цилиндров от пары некруглых шестерен двухвального с коаксиально расположенными валами асинхронного шестеренчатого редуктора с переменным передаточным отношением, один вал которого жестко соединен с блоком цилиндров, а второй - с блоком поршней, согласно изобретению, он дополнительно снабжен обгонной муфтой, предохраняющей вал блока цилиндров и вал блока поршней от проворачивания в обратную сторону.

Поршни при выполнении рабочих ходов тактов не трутся о зеркало цилиндра, а строго следуют по оси цилиндра. После выполнения такта всасывания поршень не возвращается "назад" и продолжает вращаться в том же направлении, поскольку такт сжатия выполняет цилиндр, надвигающийся днищем на поршень. В следующем такте поршень снова отходит от днища цилиндра, но при этом и блок цилиндров и блок поршней вращаются в одну сторону постоянно, то есть никогда не меняют направления своего вращения (см. фиг.4).

Поскольку поршень после выполнения очередного такта назад не возвращается, инерционные нагрузки уменьшаются, что улучшает работу ДВС.

На фиг.1 представлен продольный разрез двигателя.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 показана схема редуктора с переменным передаточным отношением.

На фиг.4 изображены графики угловых скоростей шестерен Z₁ и Z₂.

Гильзы цилиндров 1, имеющие вид сегментов тора, отлиты в один блок 2 совместно с полым валом 3, на котором жестко закреплена круглая шестерня Z₄, входящая в зацепление с другой круглой шестерней Z₃, сидящей на промежуточном валу 20, причем Z₃=Z₄. Тогда передаточное отношение пары i=Z₃/Z₄=1. Внутри полого вала 3 вращается вал 4, на котором закреплены рабочий шкив 6, блок поршней 5, некруглая (эллиптическая или овальная) шестерня Z₁, входящая в зацепление с некруглой шестерней Z₂, закрепленной на промежуточном валу 20. Причем Z₁=Z₂, но придаточное отношение i=Z₁/Z₂≠const (фиг.3).

На втором конце вала 4 закреплен блок поршней 5, имеющих вид сегментов тора, входящих в цилиндры 1 и совершающих внутри цилиндров возвратно-поступательные движения при вращении валов 3 и 4.

Рабочая смесь образуется в карбюраторе 9, по каналам в теле полого вала 2 поступает во внутреннюю полость диафрагмы 10 и попадает в картер рабочей смеси 11, образованный внутренней полостью блока цилиндров 2 и диафрагмой 10. Оттуда рабочая смесь через окна 12 в гильзе цилиндров засасывается в камеру сгорания 13. Для наддува рабочей смеси ротор блока цилиндров снабжен крыльчаткой 17. Воспламенение смеси происходит от искровой свечи 15 через неподвижный контакт 14 системы зажигания в момент их совмещения при вращении ротора цилиндров. Двигатель охлаждается проточным воздухом, прокачиваемым под кожухом 16 дополнительной крыльчаткой 18 на наружной стороне диафрагмы 10.

На фиг.2 изображена схема расположения тороидальных поршней в тороидальных цилиндрах. С целью увеличения плавности работы ДВС цилиндры попарно развернуты друг к другу, а поршни попарно жестко связаны траверсой 19. Когда в одном цилиндре происходит такт сжатия, то в парном цилиндре идет всасывание. При взрыве рабочей смеси в камере сгорания 13 давление газов проворачивает поршень на угол ϕ. Он отходит от днища цилиндра, совершая рабочий ход, вращая при этом вал 4 с рабочим шкивом 6 и некруглой шестерней Z₁, которая через систему шестерен Z₂, Z₃, и Z₄ поворачивает цилиндр в том же направлении, что и вал блока поршней, возвращая цилиндропоршневую группу в исходное положение. При использовании овала в контуре шестерен Z₁ и Z₂ ϕ=30° (фиг.2). В точках а', b', с', d' (фиг.4) Wz₁>=Wz₂, поэтому взаимное перемещение поршней и цилиндров отсутствует и происходит смена тактов. Т.е. это "виртуальные" мертвые точки, поскольку возврата поршней "назад" не происходит, а они продолжают вращаться.

Поскольку поршень не меняет направления своего движения и даже останавливается в своем вращении при смене тактов, а его «догоняет» цилиндр, имеющий в этот момент большую скорость, чем поршень. То в описываемом ДВС инерционные силы и вибрация значительно меньше, чем в ДВС с кривошипно-шатунным приводом поршней.

От проворачивания валов 3 и 4 в обратную сторону предохраняет обгонная храповая муфта 8. Слив масла из масляного картера производится через сливную пробку 19.

На (фиг.2) изображен двигатель двухтактного исполнения. При четырехтактном исполнении вместо окон впуска и продувки цилиндров 12 конструктивно предусматриваются впускные и выпускные клапаны с принудительным открытием.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к роторным двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением поршней. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что биротативный двигатель с тороидальными поршнями содержит блок тороидальных цилиндров с поршнями. Цилиндры расположены по окружности, а поршни объединены в блок поршней и также расположены по окружности. Поршни совершают возвратно-поступательные движения внутри цилиндров и вращаются в одну сторону с блоком цилиндров от пары некруглых шестерен двухвального редуктора с переменным передаточным отношением. Один вал редуктора жестко соединен с блоком цилиндров, а второй - с блоком поршней. Двигатель дополнительно снабжен обгонной муфтой, предохраняющей вал блока цилиндров и вал блока поршней от проворачивания в обратную сторону. 4 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания биротационный с тороидальными поршнями, содержащий систему образования рабочей смеси, систему газораспределения, систему зажигания, систему смазки, блок цилиндров с поршнями, имеющими возможность возвратно-поступательного движения внутри цилиндра, причем цилиндры тороидального типа объединены в блок цилиндров, расположены по окружности, поршни размещены внутри цилиндров и объединены в блок поршней, расположены по окружности с возможностью совершать возвратно-поступательные движения внутри цилиндров и вращаться в одну сторону с блоком цилиндров от пары некруглых шестерен двухвального с коаксиально расположенными валами асинхронного шестеренчатого редуктора с переменным передаточным отношением, один вал которого жестко соединен с блоком цилиндров, а второй - с блоком поршней, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен обгонной муфтой, предохраняющей вал блока цилиндров и вал блока поршней от проворачивания в обратную сторону.