ДВИГАТЕЛЬ С СИНУСОИДНЫМ РОТОРОМ АВП Российский патент 2008 года по МПК F01B3/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и машинам, содержащим цилиндропоршневую группу.

Широко известны ДВС с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ).

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, цилиндры, выполненные в теле ротора, размещенные в цилиндрах поршни, снабженные штоками, систему подачи рабочего тела, систему зажигания и систему выпуска отработанных газов (Патент Франции №2126632, кл. F01С 7/00, 1972).

Наиболее близким к предложенному является роторный двигатель внутреннего сгорания, выполненный в виде корпуса, внутри которого установлен вращающийся ротор, в теле ротора в радиальном направлении установлены цилиндры с поршнями, пальцы которых закреплены в профилированной канавке, выполненной по периферии упора, выполненного в виде эллипса и установленного внутри ротора. Корпус снабжен отверстиями и каналами для подачи и сброса рабочего газа, а также запальной камерой со свечей зажигания (Патент РФ №2044140 C1, F02В 55/00, опубл. 1995).

Недостатками этих известных двигателей являются:

а) не компенсирующиеся переменные по величине и направлению боковые нагрузки поршней на стенки цилиндров,

б) низкая надежность,

в) большое количество подшипников скольжения,

г) малое количество рабочих тактов поршня за оборот ротора или коленвала КШМ.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в следующем: снижение боковых нагрузок поршней на стенки цилиндров, снижение коэффициента трения за счет снижения количества подшипников скольжения, увеличения числа рабочих тактов поршня за один оборот основного вала, исключение из конструкции КШМ и увеличение надежности конструкции.

Указанная задача решается тем, что в двигателе с синусоидным ротором, содержащем корпус, в котором расположены цилиндры, имеющие каждый камеру сгорания со свечей зажигания или без таковой и каналы подачи и сброса рабочих газов, в цилиндрах установлены поршни, на штоках которых установлены шестерни на подшипниках качения, которые взаимодействуют с зубчатой поверхностью синусоидного ротора, закрепленного на основном валу двигателя, а синусоидный ротор имеет также гладкую поверхность, повторяющую синусоидный профиль огибающей зубчатой поверхности, а шток каждого поршня связан с роликом, взаимодействующим с этой гладкой поверхностью и подпружиненным к ней и в сторону штока для прижатия штока поршня к телу ротора.

Оси цилиндров могут быть перпендикулярны или параллельны оси синусоидного ротора.

В первом случае зубчатая поверхность может быть расположена с наружной стороны ротора или с внутренней стороны ротора.

Синусоидный ротор может иметь три или более верхних и нижних мертвых точек.

На внешней боковой поверхности каждого поршня установлены подшипники качения с возможностью их поджатия к внутренней поверхности цилиндра. Причем подшипники выполнены разрезными и поджаты к внутренней поверхности цилиндра теплорасширяющимися стержнями.

На фиг.1 изображена схема четырехцилиндрового ДВС с синусоидным ротором и наружными зубчатой и гладкой рабочими поверхностями, где поршни расположены снаружи ротора, а оси поршней перпендикулярны оси вращения ротора, с четырьмя ВМТ и НМТ, что позволяет за один оборот ротора каждому из четырех цилиндров произвести два рабочих хода.

На фиг.2 изображена схема шестицилиндрового ДВС с синусоидным ротором с внутренними зубчатой и гладкой рабочими поверхностями, где поршни расположены внутри полого ротора, а оси поршней перпендикулярны оси вращения ротора, с шестью ВМТ и НМТ, что позволяет за один оборот ротора каждому из шести цилиндров произвести три рабочих хода.

На фиг.3 изображена схема взаимодействия зубчатой рабочей поверхности синусоидного ротора с поршнем, в случае, когда оси поршней параллельны оси вращения ротора.

На фиг.4 изображен поршень с фрагментом штока и двумя разрезными стабилизирующими шарикоподшипниками.

На фиг.5 изображен разрез А-А фиг.4: сечение штока поршня без фрагментов тела поршня.

На фиг.6 изображен разрез Б-Б фиг.1: сечение соединения штока поршня с шестерней и ротора при помощи подпружиненного сферического ролика, которые взаимодействуют с зубчатой и гладкой поверхностями синусоидного ротора.

В таблице 1 показан цикл работы четырехцилиндрового ДВС за один оборот синусоидного ротора, где: РТ - рабочий такт, СБ - сброс отработанных газов, ПД - подача воздуха или воздушно-топливной смеси, СЖ - сжатие.

В таблице 2 показан цикл работы шестицилиндрового ДВС за один оборот синусоидного ротора.

Под синусоидным ротором в данной заявке понимается такой ротор, рабочая поверхность которого (в данном случае поверхность, огибающая зубья на рабочей зубчатой поверхности ротора) в сечении, перпендикулярном оси ротора, имеет выпукло-вогнутую линию в форме синусоиды, средняя линия которой изогнута по окружности.

Двигатель с синусоидным ротором АВП (фиг.1, 2) содержит корпус 1, в теле которого радиально расположены цилиндры 2 с поршнями 3, на штоках 4 которых установлены вращающиеся на подшипниках качения шестерни 5. На теле поршней 3 находятся стабилизирующие разрезные шарикоподшипники 6, которые поджимаются к цилиндрам 2 теплорасширяющимися стержнями 7. Также на теле поршней 3 находятся компрессионные кольца 8 и малосъемное кольцо 9. Тело поршня 3 имеет внутреннюю полость. Через отверстия 10 в теле поршня 3 и отверстия 11 в теле штока 4 происходит охлаждение тела поршня 3 и смазка зеркала цилиндра 2 парокапельной смазкой 12. Шток 4 поршня 3 имеет усиленную многогранную нижнюю часть 13, а также два фланца 14, закрепленные в теле поршня 3. Фланцы 14 имеют расположенные по окружности отверстия 15, которые служат для более качественного соединения поршня 3 с штоком 4. На основном валу 20 двигателя закреплен ротор 16, который имеет зубчатую 17 и гладкую 18 рабочие поверхности, имеющие профиль в виде синусоиды 19. Соединение штока 4 поршня 3 с телом синусоидного ротора 16 осуществляется пружинистой пластиной 21, которая закреплена на усиленной нижней части 13 штока 4 и имеет две оси 22, на которых вращаются шестерня 5, работающая по зубчатой поверхности 17, и сферический ролик 23 на подшипниках качения, имеющий гладкую поверхность 24, прижимающий шток 4 к телу ротора 16, работающий по гладкой поверхности 18 ротора 16, профиль которой в осевом сечении повторяет профиль ролика 23. Синусоидный ротор 16 имеет верхние 25 (ВМТ) и нижние 26 (НМТ) мертвые точки. Цилиндры 2 имеют камеру сгорания с каналами 27 подачи и сброса рабочих газов.

Двигатель работает следующим образом: рабочий такт начинается ниже ВМТ 25 синусоидного ротора 16 и завершается на НМТ 26, где начинается сброс отработанных газов через каналы 27 до следующей ВМТ. Затем до следующей НМТ происходит подача воздуха или воздушно-топливной смеси через каналы 27 до НМТ. В последующее движение до ВМТ происходит такт сжатия. В камере сгорания цилиндра 2 происходит зажигание топливной смеси, рабочий газ толкает поршень 3 в направлении к ротору 3, но так как его шток 4 с шестерней 5 не может перемещаться в этом направлении из-за профиля синусоидного ротора 16, шток 4 посредством шестерни 5 перемещается по зубчатой поверхности 17, вращая ротор 16, находящийся на основном валу 20. Таким образом работает каждый поршень 3. Рабочий такт происходит поочередно в каждом цилиндре 2. Количество рабочих тактов каждого поршня 3 за один оборот ротора 16 зависит от общего количества ВМТ и НМТ синусоидного ротора 16, что подтверждается таблицами 1 и 2.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и поршневым машинам. Двигатель с синусоидным ротором содержит корпус, в котором расположены цилиндры, имеющие каждый камеру сгорания и каналы подачи и сброса рабочих газов. В цилиндрах установлены поршни со штоками, на которых установлены шестерни на подшипниках качения, взаимодействующие с зубчатой поверхностью синусоидного ротора, закрепленного на основном валу двигателя. Оси цилиндров могут быть перпендикулярны или параллельны оси синусоидного ротора. Зубчатая поверхность может быть расположена с наружной или с внутренней стороны ротора. Ротор может иметь три или более верхних и нижних мертвых точек. На внешней боковой поверхности каждого поршня установлены подшипники качения с возможностью их поджатия к внутренней поверхности цилиндра. Причем подшипники выполнены разрезными и поджаты к внутренней поверхности цилиндра теплорасширяющимися стержнями. Ротор имеет кольцевой выступ, с одной стороны которого расположена зубчатая поверхность, а с противоположной - гладкая поверхность, повторяющая синусоидный профиль огибающей зубчатой поверхности, а шток каждого поршня связан с роликом, взаимодействующим с этой гладкой поверхностью и подпружиненным в сторону штока для прижатия штока поршня к телу ротора. Технический результат, получаемый от реализации предлагаемого решения, заключается в снижении боковых нагрузок поршней на стенки цилиндров, в снижении коэффициента трения за счет уменьшения количества подшипников скольжения, а также в увеличении числа рабочих тактов поршня за один оборот основного вала двигателя и в повышении надежности конструкции. 7 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

1. Двигатель с синусоидным ротором, содержащий корпус, в котором расположены цилиндры, имеющие каждый камеру сгорания и каналы подачи и сброса рабочих газов, в цилиндрах установлены поршни, на штоках которых установлены шестерни на подшипниках качения, которые взаимодействуют с зубчатой поверхностью синусоидного ротора, закрепленного на основном валу двигателя, а синусоидный ротор имеет также гладкую поверхность, повторяющую синусоидный профиль огибающей зубчатой поверхности, а шток каждого поршня связан с роликом, взаимодействующим с этой гладкой поверхностью и подпружиненным к ней и в сторону штока.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что оси цилиндров перпендикулярны оси синусоидного ротора.3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что зубчатая поверхность расположена с наружной стороны ротора.4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что зубчатая поверхность расположена с внутренней стороны ротора.5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что оси цилиндров параллельны оси синусоидного ротора.6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что синусоидный ротор имеет три или более верхних и нижних мертвых точек.7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на внешней боковой поверхности каждого поршня установлены подшипники качения с возможностью их поджатия к внутренней поверхности цилиндра.8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что подшипники выполнены разрезными и поджаты к внутренней поверхности цилиндра тепло-расширяющимися стержнями.