РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ "ЭВРИКА" Российский патент 2007 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для использования в технике наземного и воздушного сообщения.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, принятый за ближайший аналог (прототип), содержащий корпус с трехвершинной эпитрохоидной полостью, вал с эксцентриком, проходящий через центр корпуса, овальный ротор, свободно установленный на эксцентрике, переднюю и заднюю торцевые крышки корпуса и две цилиндрические синхронизирующие шестерни, большая из которых с внутренними зубьями соединена жестко с передней торцевой крышкой корпуса, а меньшая синхронизирующая шестерня с наружными зубьями соединена жестко с овальным ротором, состоящим из полуовал-поршня и полуовал-газораспределителя, радиальное уплотнение, выполненное в виде установленных в выступах полости корпуса радиальных уплотнительных пластин с гофрированными пружинами, при этом полуовал-газораспределитель имеет каналы, окна и канавки впуска и выпуска, сообщающиеся соответственно с впускными и выпускными окнами торцевых крышек корпуса (FR 2050093, 26.03.1971, F02B 53/00).

Однако известный двигатель имеет существенные недостатки, так как в нем не разработано торцевое уплотнение овального ротора и недостаточно разработано радиальное уплотнение ротора, а без этого затрудняется его реализация, так как осуществление в нем торцевого лабиринтного уплотнения не обеспечивает надежный запуск и экономичную работу двигателя на небольших оборотах из-за повышенных утечек рабочего тела через зазоры такого уплотнения.

В известном двигателе вал выполнен эксцентриковым и на его эксцентрике установлена синхронизирующая меньшая шестерня с наружными зубьями, соединенная жестко с овальным ротором, а большая синхронизирующая шестерня с внутренними зубьями жестко закреплена на передней торцевой крышке корпуса.

Однако выполнение такой шестеренчатой синхронизации движения овального ротора в этом двигателе практически неосуществимо, потому что для этого надо обеспечивать соотношение диаметров делительных окружностей шестерен 2:3, но при установке на эксцентрике вала меньшей синхронизирующей шестерни с наружными зубьями ее диаметр будет большим, а диаметр большей синхронизирующей шестерни будет еще больше из-за большой величины эксцентриситета в этом случае, а это неизбежно приводит к значительному увеличению радиальных размеров овального ротора и габаритов двигателя при небольшой величине диаметра опорных шеек эксцентрикового вала, а поэтому при повышении оборотов эксцентрикового вала, сопровождающемся резким увеличением центробежных сил ротора, опорные шейки вала не выдержат больших нагрузок и это приведет к снижению надежности и долговечности двигателя и к нецелесообразности его создания, а значит, в таком двигателя нельзя использовать две цилиндрические синхронизирующие шестерни с соотношением диаметров 2:3.

Изобретение решает задачи при создании роторного двигателя внутреннего сгорания, в котором достигается максимальная степень сжатия больше 100 и компактные стационарные камеры сгорания выполняются во впадинах полости корпуса, разработать надежное торцевое уплотнение овального ротора и улучшить радиальное уплотнение с целью значительного уменьшения потерь рабочего тела как при запуске двигателя, так и на всех режимах его работы, как при воспламенении рабочей смеси от искры свечей зажигания, так и при работе его с еще большей экономичностью при впрыске топлива в камеры сгорания, и при этом осуществить в двигателе применение двух цилиндрических синхронизирующих шестерен с соотношением диаметров 2:3, кроме того, обеспечить выполнение вала с эксцентриком с небольшой величиной эксцентриситета, чтобы уменьшить диаметры цилиндрических синхронизирующих шестерен, радиальные размеры овального ротора и при этом увеличить диаметр опорных шеек вала.

Технический результат заключается в увеличении надежности и долговечности, обеспечении возможности увеличения оборотов вала, уменьшении габаритов и массы двигателя при увеличении его мощности.

Указанный технический результат достигается в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с трехвершинной эпитрохоидной полостью, вал с эксцентриком, проходящий через центр корпуса, овальный ротор, свободно установленный на эксцентрике, переднюю и заднюю торцевые крышки корпуса и две цилиндрические синхронизирующие шестерни, большая из которых с внутренними зубьями соединена жестко с передней торцевой крышкой корпуса, а меньшая синхронизирующая шестерня с наружными зубьями соединена жестко с овальным ротором, состоящим из полуовал-поршня и полуовал-газораспределителя, радиальное уплотнение, выполненное в виде установленных в выступах полости корпуса радиальных уплотнительных пластин с гофрированными пружинами, при этом полуовал-газораспределитель имеет каналы, окна и канавки впуска и выпуска, сообщающиеся соответственно с впускными и выпускными окнами торцевых крышек корпуса, согласно изобретению по торцам ротора установлены маслосъемные кольца, а по периферии - торцевые уплотнения, состоящие из овальных колец, эквидистантных радиальной поверхности ротора, и гофрированных пружин, причем кольца выполнены сужающимися в радиальном направлении и раздвигающимися посредством гофрированных пружин к периферии ротора, радиальное уплотнение имеет торцевые сухарики с гофрированными пружинами, которые поджимают сухарики к торцевым крышкам, вал выполнен эксцентрико-коленчатым, синхронизирующие шестерни - с соотношением диаметров 2:3, меньшая синхронизирующая шестерня выполнена со ступицей шестерни и с наплавленным подшипником скольжения и установлена на коленчатой шейке вала.

Кроме того, эксцентрико-коленчатый вал может быть выполнен составным, при этом опорная шейка заднего конца вала выполнена заодно с эксцентриком и по оси последнего выполнено глухое отверстие со шлицами, а опорная шейка переднего конца вала выполнена заодно с коленчатой шейкой, снабженной шлицевым стержнем, который после установки на коленчатую шейку меньшей синхронизирующей шестерни со ступицей шестерни с наплавленным подшипником скольжения запрессовывается в осевое глухое шлицевое отверстие эксцентрика, образуя жесткое соединение составных частей вала.

Кроме того, эксцентрико-коленчатый вал может быть выполнен цельным, при этом меньшая синхронизирующая шестерня со ступицей шестерни выполнены разрезными и после установки на коленчатую шейку соединены жестко ступицей шестерни с овальным ротором.

На фиг.1 показан роторный двигатель внутреннего сгорания в поперечном разрезе В-В фиг.2; на фиг.2 - в продольном разрезе А-А фиг.1.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с трехвершинной эпитрохоидной полостью и соответствующий ей овальный ротор 2, состоящий из полуовал-поршня 3 и полуовал-газораспределителя 4, и в последнем выполнены впускной 5 и выпускной 6 каналы, соединенные впускным 7 и выпускным 8 окнами соответственно с впускной 9 и выпускной 10 канавками, выполненными на разных торцах полуовал-газораспределителя 4 эквидистантно его радиальной поверхности, которые периодически в нужное время время соединяются соответственно с тремя впускными окнами 11 передней торцевой крышки корпуса 12 (на фиг.1 одно из окон 11 показано штрихпунктирными линиями, как находящееся впереди чертежа) и с тремя выпускными окнами 13 задней торцевой крышки корпуса 14 (на фиг.1 две из них показаны штриховыми линиями, как находящиеся с задней стороны чертежа), размещенными на лучах, проведенных через центр корпуса О₁ к вершинам его полости (возможно, близко к ним) через 120° относительно друг друга. Через полость корпуса 1 по его центру О₁ проходит вал двигателя, который выполнен эксцентрико-коленчатым и он может быть и составным, как показано на фиг.1, и цельным и в первом случае его задняя опорная шейка 15 выполнена заодно с эксцентриком 16, а передняя опорная шейка 17 выполнена заодно с коленчатой шейкой 18, снабженной шлицевым стержнем 19, который запрессован в осевое глухое отверстие 20, выполненное со шлицами в эксцентрике 16 по его оси О₂, и такое соединение эксцентрика большого диаметра с коленчатой шейкой меньшего диаметра обеспечивает высокую прочность и надежность эксцентрикового вала, так как величину эксцентритета можно выполнять от очень малой величины до достаточно большой при значительной величине диаметра опорных шеек вала. Ротор 2 по переферии имеет торцевое уплотнение 21 для предотвращения утечки рабочего тела и состоящее из овальных колец, эквидистантных радиальной поверхности ротора 2, имеющих тепловой зазор 22 и суживающихся в радиальном направлении и раздвигающихся посредством гофрированных пружин 23, и еще по торцам ротора установлены маслосъемные кольца 24, а радиальное уплотнение выполнено в виде установленных в выступах полости корпуса радиальных уплотнительных пластин 25 с гофрированными пружинами 26, прижимающих первые к радиальной поверхности ротора 2 с постоянным усилием, и еще оно имеет торцевые сухарики 27 с гофрированными пружинами 28, которые поджимают сухарики к торцевым крышкам корпуса 12 и 14. Вблизи вершин полости корпуса 1 выполнены три камеры сгорания 29, в которых установлены свечи зажигания или форсунки 30. Двигатель имеет две цилиндрические синхронизирующие шестерни, большая из которых с внутренними зубьями 31 соединена жестко с передней торцевой крышкой корпуса 12, а меньшая синхронизирующая шестерня 32 имеет наружные зубья и выполнена заодно со ступицей шестерни 33 с наплавленным подшипником 34, которым она опирается на коленчатую шейку 18 и шлицами 35 соединена жестко с овальным ротором 2. Коленчатая шейка 18 имеет торцевой буртик 36, примыкающий к диску жесткости 37, выполненным заодно с передней опорной шейкой 17, имеющей шлицевой конец 38 для привода вспомогательных агрегатов, а задняя опорная шейка 15 имеет шлицевой конец 39 для привода силовой передачи. Передняя торцевая крышка корпуса 12 имеет выступ 40, который способствует образованию полости 41 для размещения в ней синхронизирующих шестерен 31 и 32 и диска жесткости 37 передней опорной шейки 17 вала двигателя. А в случае выполнения эксцентрико-коленчатого вала цельным, то тогда малая синхронизирующая шестерня 32 со ступицей 33 выполняются разрезными и на шлицы 35 находит своими шлицами ротор 2 и происходит его жесткое соединение с меньшей синхронизирующей шестерней 32, сидящей свободно на коленчатой шейке 18 эксцентрико-коленчатого вала. Ротор 2 подшипником скольжения 42 опирается на эксцентрик 16. Передняя опорная шейка 17 эксцентрико-коленчатого вала опирается на подшипник скольжения 43 выступа 40 передней торцевой крышки 12, а задняя опорная шейка этого вала опирается на подшипник 44 задней торцевой крышки корпуса 14. Впуск свежей смеси или воздуха в двигатель и в его рабочие камеры А, В и С показан стрелками с ноликом 45, выпуск отработанных газов из этих камер и двигателя показан стрелками с крестиком 46. Расстояние между центром О₁ опорных шеек вала 15 и 17 и центром О₂ эксцентрика 16 и коленчатой шейки 18 определяет величину эксцентриситета Е эксцентрико-коленчатого вала.

Двигатель работает следующим образом. При вращении эксцентрико-коленчатого вала двигателя в направлении стрелки С₁ вокруг своего центра О₂ на его эксцентрике 16 в округ его центра О₂ вращается ротор 2 в противоположном направлении согласно стрелке С₂ (см. фиг.1), так как к ротору 22 присоединена жестко меньшая синхронизирующая шестерня 32 с наружными зубьями, которая обкатывает большую синхронизирующую шестерню 31 с внутренними зубьями и соединенную жестко с торцевой крышкой корпуса 12 и при соотношении диаметров их шестерен 2:3, меньшая синхронизирующая шестерня 32 вращается в два раза медленнее и в противоположном направлении, а в результате этого в вершины полости корпуса 1 заходят поочередно то полуовал-поршень 3, то полуовал-газораспределитель 4 и изменяют объемы рабочих камер А, В и С, а когда полуовал-поршень 3 вытеснит, например, из рабочей камеры А весь рабочий заряд в камеру сгорания 29, как это показано на фиг.1, то в это время в свече зажигания проскакивает искра или впрыскивается топливо форсункой 30 и происходит воспламенение рабочей смеси, а при дальнейшем вращении ротора 2 происходит расширение рабочей смеси в камере А и их давление передается через ротор 2 на эксцентрик 16 и поворачивает его в направлении стрелки С₁ и обеспечивает вращение эксцентрико-коленчатого вала с передачей им работы силовым агрегатам. А в рабочую камеру В в это время происходит впуск рабочей смеси 45, которая проходит через впускное окно 11 передней торцевой крышки 12 и перетекает по впускной канавке 9 торца полуовал-газораспределителя 4 и через его впускное окно 7 и впускной канал 5 попадает в рабочую камеру В, и так как сообщение впускных элементов происходит по мере необходимости, то поэтому не наблюдаются потери рабочей смеси. На фиг.1 и 2 отражено и то, что из рабочей камеры С производится выпуск отработанных газов, которые выходят из нее в выпускной канал 6 полуовал-газораепределителя 4 и проходят через выпускное окно 8 в выпускную канавку 10 и из последней выходят в атмосферу через выпускное окно 13 задней торцевой крышки 14, и так как сообщение выпускных элементов с атмосферой начинает происходить при максимальном расширении отработанных газов и продолжается до полного их вытеснения из рабочей камеры, то это обеспечивает наиболее полное использование работы газов и хорошую очистку рабочих камер.

Роторный двигатель имеет хорошие технико-экономические показатели. В нем выполнена простая и надежная синхронизация вращения эксцентрико-коленчатого вала и планетарного движения ротора при использовании всего двух цилиндрических синхронизирующих шестерен при соотношении диаметров их делительных окружностей 2:3, что обеспечивает наивысшую компактность двигателя с применением таких шестерен в результате выполнения вала двигателя эксцентрико-коленчатым, что позволяет уменьшить диаметры таких шестерен и вследствие этого уменьшить радиальные размеры овального ротора и габариты двигателя при достаточно большой величине диаметра опорных шеек вала двигателя и вследствие этого повысить надежность и долговечность двигателя и создать возможность повышения оборотов его вала для еще более значительного уменьшения габаритов двигателя при достижении им большой мощности.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для использования в технике наземного и воздушного сообщения. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с трехвершинной эпитрохоидной полостью, вал с эксцентриком, овальный ротор, состоящий из полуовал-поршня и полуовал-газораспределителя, две цилиндрические синхронизирующие шестерни, торцевые крышки, радиальное уплотнение. По торцам ротора установлены маслосъемные кольца, а по периферии - торцевые уплотнения, состоящие из овальных колец, эквидистантных радиальной поверхности ротора, и гофрированных пружин. Кольца выполнены сужающимися в радиальном направлении и раздвигающимися посредством гофрированных пружин к периферии ротора. Радиальное уплотнение имеет торцевые сухарики с гофрированными пружинами, которые поджимают сухарики к торцевым крышкам. Вал выполнен эксцентрико-коленчатым, синхронизирующие шестерни - с соотношением диаметров 2:3, меньшая синхронизирующая шестерня выполнена со ступицей шестерни и с наплавленным подшипником скольжения и установлена на коленчатой шейке вала. Увеличивается надежность и долговечность, обеспечивается возможность увеличения оборотов вала, уменьшаются габариты и масса двигателя при увеличении его мощности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с трехвершинной эпитрохоидной полостью, вал с эксцентриком, проходящий через центр корпуса, овальный ротор, свободно установленный на эксцентрике, переднюю и заднюю торцевые крышки корпуса и две цилиндрические синхронизирующие шестерни, большая из которых с внутренними зубьями соединена жестко с передней торцевой крышкой корпуса, а меньшая синхронизирующая шестерня с наружными зубьями соединена жестко с овальным ротором, состоящим из полуовал-поршня и полуовал-газораспределителя, радиальное уплотнение, выполненное в виде установленных в выступах полости корпуса радиальных уплотнительных пластин с гофрированными пружинами, при этом полуовал-газораспределитель имеет каналы, окна и канавки впуска и выпуска, сообщающиеся соответственно с впускными и выпускными окнами торцевых крышек корпуса, отличающийся тем, что по торцам ротора установлены маслосъемные кольца, а по периферии - торцевые уплотнения, состоящие из овальных колец, эквидистантных радиальной поверхности ротора и гофрированных пружин, причем кольца выполнены сужающимися в радиальном направлении и раздвигающимися посредством гофрированных пружин к периферии ротора, радиальное уплотнение имеет торцевые сухарики с гофрированными пружинами, которые поджимают сухарики к торцевым крышкам, вал выполнен эксцентрико-коленчатым, синхронизирующие шестерни - с соотношением диаметров 2:3, меньшая синхронизирующая шестерня выполнена со ступицей шестерни и с наплавленным подшипником скольжения и установлена на коленчатой шейке вала.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что эксцентрико-коленчатый вал выполнен составным, при этом опорная шейка заднего конца вала выполнена заодно с эксцентриком и по оси последнего выполнено глухое отверстие со шлицами, а опорная шейка переднего конца вала выполнена заодно с коленчатой шейкой, снабженной шлицевым стержнем, который после установки на коленчатую шейку меньшей синхронизирующей шестерни со ступицей шестерни с наплавленным подшипником скольжения запрессовывается в осевое глухое шлицевое отверстие эксцентрика, образуя жесткое соединение составных частей вала.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что эксцентрико-коленчатый вал выполнен цельным, при этом меньшая синхронизирующая шестерня со ступицей шестерни выполнены разрезными и после установки на коленчатую шейку соединены жестко ступицей шестерни с овальным ротором.