ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ - ДВИГАТЕЛЬ ФОКИНА Российский патент 2009 года по МПК F02B55/02 F01C1/356 F01C5/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к приводам машин.

Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС), состоящие из корпуса и кривошипно-ползунного механизма.

Недостатками указанных ДВС являются большие вес и габариты двигателя, присущая им изначально неуравновешенность звеньев, большие радиальные нагрузки на опоры выходного вала, сравнительно большая трудоемкость изготовления и стоимость [1].

Известен двигатель Ванкеля - роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания с катящимся эксцентричным ротором трехгранной формы по внутренней эпихотрохоидной поверхности корпуса [2].

Недостатком двигателя Ванкеля являются сложные поверхности ротора и корпуса, изначальная неуравновешенность эксцентрично расположенного ротора, большие радиальные нагрузки на опоры выходного вала, большая трудоемкость изготовления и стоимость, сложность обеспечения уплотнения в подвижном соединении «ротор - корпус».

Известен также двигатель Сарича - двигатель внутреннего сгорания с рабочими камерами, образованными поверхностями неподвижного корпуса, радиальных перегородок и эксцентрично расположенного ротора многогранной формы, совершающего поступательно-круговое движение [2].

Недостатком двигателя Сарича являются сложность конструкции, неуравновешенность вращающегося ротора, большие радиальные нагрузки на опоры выходного вала, наличие трения скольжения в подвижном соединении рабочих поверхностей ротора и радиальных перегородок.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. Поставленная цель достигается в предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания с гибким катящимся ротором, далее двигателя Фокина.

Таким образом, двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочей камерой, роторно-поршневую группу, отличается тем, что рабочая камера в корпусе выполнена цилиндрической, а роторно-поршневая группа выполнена в виде гибкого колеса, обкатывающегося по внутренней поверхности рабочей камеры под действием давления газов, и вращающегося внутри гибкого колеса генератора волн, при этом она образует с корпусом и разделительными пластинами полости переменного объема, используемые для осуществления циклов всасывания, сжатия, воспламенения сжатой смеси и расширения, выхлопа отработавших газов.

Двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен многосекционным с угловым смещением секций относительно друг друга.

Направляющие пазы для разделительных пластин могут быть выполнены наклонными по отношению к радиусу и обеспечивающими минимальные углы давления в соединении «гибкое колесо - разделительная пластина».

В вершинах волн деформации гибкого колеса со стороны кулачкового генератора волн может обеспечиваться пневмоподушка с помощью подводимого давления газа.

Кулачковый генератор волн в месте контакта с гибким колесом может быть снабжен телами качения.

Конструкция двигателя может быть выполнена многоволновой с соответствующим увеличением количества разделительных пластин.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображены циклы работы двигателя.

Предлагаемый ДВС состоит из корпуса 1 с цилиндрической рабочей камерой (чертеж, а), гибкого колеса 2, обкатывающегося по внутренней поверхности рабочей камеры корпуса, генератора волн 3, деформирующего цилиндрическое в исходном состоянии гибкое колесо, обеспечивающего беззазорный контакт гибкого колеса с цилиндрической рабочей камерой корпуса в вершинах волн деформации гибкого колеса и вращающегося внутри катящегося гибкого колеса, разделительных пластин 4, расположенных в соответствующих пазах корпуса, прижимных пружин 5, обеспечивающих постоянный контакт разделительных пластин 4 с обкатывающейся поверхностью гибкого колеса 2.

Деформированное гибкое колесо 2, обкатываясь по внутренней поверхности рабочей камеры корпуса 1, образует с цилиндрической поверхностью рабочей камеры и разделительными пластинами 4 полости переменного объема, используемые для выполнения циклов всасывания, сжатия, воспламенения сжатой смеси и расширения (рабочего хода) (РХ), выхлопа отработавших газов (чертеж, а, б, в, г).

Сжатый воздух из полости перед катящейся волной гибкого колеса перепускается в полость подготовки топливной смеси, расположенную в корпусе 1, и затем топливная смесь впрыскивается в полость за уходящей волной гибкого колеса и разделительной пластиной с воспламенением от свечи зажигания.

Камеры двигателя полностью симметричны относительно центральной оси двигателя, и давление газов на гибкое колесо в двух диаметрально противоположных камерах преобразуется в чистый крутящий момент, заставляющий вращаться генератор волн 3 внутри гибкого колеса 2 с частотой n_н.

Устройство впуска и выпуска, а также каналы соединения полостей условно не показаны.

Суть предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что в отличие от аналогов и прототипов, ротор двигателя имеет центральную ось вращения и вращается от действия давления газов сгоревшей в симметрично расположенных камерах сгорания топливной смеси.

Давление газов передается ротору-генератору волн 3 через гибкое колесо 2, обкатывающееся по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Гибкое колесо 2 с центральным ротором-генератором волн 3, корпусом 1 и разделительными пластинами 4 образует полости переменного объема, используемые для осуществления тактов работы ДВС, а именно всасывания, сжатия, расширения, выхлопа.

Конструкция предлагаемого ДВС абсолютно симметрична и вследствие этого полностью уравновешена, разгружена от радиальных неуравновешенных сил, действующих на опоры, характеризуется сравнительной простотой, технологичностью в изготовлении, высокой ремонтоспособностью.

Выполнение соосно нескольких одиночных секций, смещенных равномерно в угловом направлении с необходимым шагом, позволяет обеспечить требуемую величину и равномерность крутящего момента на выходном валу.

Для уменьшения заклинивающих усилий разделительных пластин их направляющие в корпусе могут быть выполнены наклонно к радиусу, что уменьшит углы давления.

Для уменьшения трения скольжения между ротором-генератором волн 3 и гибким колесом 2 в зазоре между ними в вершинах волн деформации может быть обеспечен подвод через генератор волн сжатого газа с целью получения эффекта пневмоподушки.

Для уменьшения потерь на трение в контакте гибкого колеса 2 - генератор волн 3 последний может быть снабжен в вершинах волн деформации телами качения.

С целью повышения многовариантности конструкции ДВС предлагаемой конструкции может быть выполнен многоволновым с соответствующим увеличением количества разделительных пластин.

Библиографические данные

1. Муха Т.И., Януш Б.В., Цуников А.П. Приводы машин. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1975.

2. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987.

Изобретение относится к приводам машин. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с рабочей камерой и роторно-поршневую группу. Рабочая камера в корпусе выполнена цилиндрической. Роторно-поршневая группа выполнена в виде гибкого колеса и вращающегося внутри гибкого колеса генератора волн, при этом она образует с корпусом и разделительными пластинами полости переменного объема. Гибкое колесо обкатывается по внутренней поверхности рабочей камеры под действием давления газов. Полости переменного объема используются для осуществления циклов всасывания, сжатия, воспламенения сжатой смеси и расширения, выхлопа отработавших газов. Двигатель выполнен многосекционным с угловым смещением секций относительно друг друга. Направляющие пазы для разделительных пластин выполнены наклонными по отношению к радиусу и обеспечивающими минимальные углы давления в соединении «гибкое колесо - разделительная пластина». В вершинах волн деформации гибкого колеса со стороны кулачкового генератора волн обеспечивается пневмоподушка с помощью подводимого давления газа. Кулачковый генератор волн в месте контакта с гибким колесом снабжен телами качения. Конструкция двигателя выполнена многоволновой с соответствующим увеличением количества разделительных пластин. Техническим результатом является создание уравновешенной конструкции двигателя и уменьшение трения. 5 з.п. ф-лы.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочей камерой, роторно-поршневую группу, отличающийся тем, что рабочая камера в корпусе выполнена цилиндрической, а роторно-поршневая группа выполнена в виде гибкого колеса, обкатывающегося по внутренней поверхности рабочей камеры под действием давления газов и вращающегося внутри гибкого колеса генератора волн, и при этом образующая с корпусом и разделительными пластинами полости переменного объема, используемые для осуществления циклов всасывания, сжатия, воспламенения сжатой смеси и расширения, выхлопа отработавших газов.

2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что выполнен многосекционным с угловым смещением секций относительно друг друга.

3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что направляющие пазы для разделительных пластин выполнены наклонными по отношению к радиусу и обеспечивающими минимальные углы давления в соединении «гибкое колесо - разделительная пластина».

4. Двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что в вершинах волн деформации гибкого колеса со стороны кулачкового генератора волн обеспечивается пневмоподушка с помощью подводимого давления газа.

5. Двигатель внутреннего сгорания п.1 или 2, отличающийся тем, что кулачковый генератор волн в месте контакта с гибким колесом снабжен телами качения.

6. Двигатель внутреннего сгорания п.1 или 2, отличающийся тем, что конструкция двигателя выполнена многоволновой с соответствующим увеличением количества разделительных пластин.