РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F02B53/00 F01C1/22 F01C17/06 

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания /Патент РФ №2191274/, содержащий корпус с эпитрохоидальной рабочей камерой, трехгранный ротор, нагрузочный вал и механизм преобразования вращательно-переносного движения ротора во вращательное движение вала, отличающийся тем, что механизм преобразования представляет собой кривошип, установленный соосно в роторе и расположенный эксцентрично по отношению к единому с ним стакану, охватывающему вал, цилиндрическая поверхность которого окружена замкнутым эллиптическим пазом полукруглого сечения, а по образующим посадочного отверстия стакана имеются пазы полукруглого сечения для сочетания с эллиптическим пазом вала посредством шаров, при этом радиусы вала и кривошипа соотносятся как два к трем, а эксцентриситет составляет половину радиуса вала.

Недостаток этого двигателя проявился при испытании механизма преобразования вращательно-переносного движении ротора во вращательное движение стакана и нагрузочного вала, связанных общими шарами в местах пересечения их пазов. Оказалось, что эллиптический паз по концам большой оси подвергается концентрациям высоких температур в результате резкого изменения траектории движения шаров. Не достигнув средних оборотов от их расчетного числа для получения требуемого крутящего момента, нагрузочный вал клинило. С увеличением угла наклона плоскости эллипса к оси двигателя, т.е. с укорочением его большой оси, значения достигаемых оборотов до заклинивания увеличивались, но резко снижалось значение импульса силы шара

где m - масса шара, - максимальная скорость шара в середине паза стакана, Δt - время совершения половины оборота стаканом. Так как амплитуда движения шара при этом уменьшилась, а время Δt осталось прежним, то скорость шара тоже уменьшилась. Креме этого, с увеличением угла наклона плоскости эллипса» к оси двигателя снизилась величина составляющей уже уменьшенного импульса на плоскость вращения, что для заданного крутящего момента оказалось явно недостаточным. Таким образом, с уменьшением угла наклона плоскости эллипса налицо тенденция к заклиниванию, а с увеличением угла - тенденция к уменьшению импульса силы шара и незначительности крутящего момента, что существенно сужает сферу применения данного двигателя. Прототипу свойственно и некоторое снижение мощности в результате прерывания шаром силового взаимодействия стакана с нагрузочным валом в крайних положениях прямолинейных пазов. Недостаточно обоснована автоматическая редукторная способность прототипа в зависимости от сопротивления на нагрузочном валу.

Задачей заявляемого технического решения является устранение отмеченных недостатков. Решение задачи достигается тем, что взаиморасположение рабочих поверхностей стакана и вала является сферическим с единым центром сфер, а шаровая поверхность вала диаметрально охвачена круговым пазом под углом к оси двигателя.

Новизна изобретения усматривается в том, что принципиальная замена цилиндрической части нагрузочного вала шаровой дает возможность избежать температурных концентраций в теле нагрузочного вала при любых значениях угла наклона плоскости кругового паза к оси двигателя и получить наибольший крутящий момент при минимальном значении угла наклона. Кроме того, станет возможным автоматически редуцировать обороты нагрузочного вала в зависимости от сопротивления.

По данным патентной и научно-технической литературы заявляемая конструкция не обнаружена, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого решения.

Таким образом роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидальной рабочей камерой, трехгранный ротор, нагрузочный вал и механизм преобразования вращательно-переносного движения ротора во вращательное движение стакана и вала, связанные общими шарами, отличается тем, что шаровая поверхность вала диаметрально охвачена круговым пазом под углом к оси двигателя, а по внутренней сферической поверхности стакана имеются пазы для сочетания с круговым пазом посредством шаров.

Промышленная применимость обусловлена тем, что использование роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания расширит сферу его применения, в первую очередь, в области автомобиле- и тракторостроения.

На фиг.1 представлена принципиальная схема роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания. На фиг.2 представлен вид по стрелке А на фиг.1.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания устроен следующим образом.

Корпус 1 содержит рабочую камеру 2, форма которой определяется кривой - эпитрохоидой 3. Трехгранный ротор 4 содержит расположенный в нем соосно кривошип 5, выполненный эксцентрично по отношению к единому с ним стакану 6, охватывающему нагрузочный вал 7, шарообразная поверхность которого окружена замкнутым круговым пазом 8 полукруглого сечения. По внутренней сферической поверхности стакана 6 имеются дугообразные пазы 9 полукруглого сечения для сочетания с круговым пазом 8 посредством шаров 10. В верхней части корпуса 1 расположены выхлопное 11 и всасывающее 12 окна, а в нижней его части установлена запальная свеча 13 для воспламенения сжатой горючей смеси.

Работает роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания следующим образом. На чертежах представлено положение ротора 4, при котором происходят одновременно следующие такты: завершение рабочего хода после воспламенения сжатой горючей смеси /слева/ и начало сжатия очередной порции горючей смеси - справа. Только что завершился такт выхлопа, и в этот же момент начинается такт всасывания. При повороте левой вершины ротора 4 в указанном направлении до совмещения с вертикальной осью, т.е. на 60 градусов, она набегает на верхнюю ветвь эпитрохоидальной камеры 2, и центр кривошипа 5 описывает дугу в 180 градусов вокруг центра вала 7, т.е. стакан 6 совершает половину оборота. Одновременно в правой нижней части рабочей камеры 2 завершается такт сжатия горючей смеси, предшествующий ее воспламенению от запальной свечи 13. Правая вершина ротора 4, оказавшись в нижнем положении, симметричном исходному верхнему, относительно горизонтальной оси, начинает набегать на нижнюю ветвь эпитрохоидальной камеры 2 до совмещения с вертикальной осью, вытесняя центр кривошипа 5 вверх, тем самым осуществляя вторую половину оборота стакана 6. Таким образом, повороту ротора на 120 градусов соответствует один оборот стакана. Это обстоятельство эффективно сказывается на динамике шара 10, т.к. количество его движения в средней точке дугообразного паза 9 зависит от скорости Соответственно, импульс силы шара а точнее его составляющая на плоскость вращения в момент трогания является максимальной. Здесь Δt является половиной времени одного оборота стакана 6. По достижении паспортного значения крутящего момента транспортное средство приходит в движение, встречая на своем пути то или иное сопротивление. Так, при подъеме на возвышенность, например при неизменном положении акселератора, нагрузочный вал 7 притормаживается, и в единицу временя происходит увеличение импульсов как по количеству, так и по величине самого импульса. Вращающая сила как составляющая импульса на плоскости вращения тоже возрастает. При уменьшении сопротивления нагрузочный вал 7 набирает обороты, частота колебаний шара по дугообразному пазу 9 снижается, вплоть до полного слияния в единое целое нагрузочного вала 7 со стаканом 5. Это прямая передача. Так проявляется автоматически редукторная способность роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания. Необходимо отметить тот факт, что шар за один относительный оборот стакана 6 и нагрузочного вала 7 не прерывает их силового взаимодействия в крайних положениях дугообразного паза 9 в отличие от прототипа.

Таким образом решается задача повышения мощности, расширения сферы применения и обеспечения автоматической редукторной способностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания в зависимости от сопротивления транспортному средству.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, трехгранный ротор 4, нагрузочный вал 7 и механизм преобразования вращательно-переносного движения ротора во вращательное движение стакана и вала. Корпус 1 содержит рабочую камеру 2, форма которой определяется кривой - эпитрохоидой 3. Трехгранный ротор 4 содержит расположенный в нем соосно кривошип 5, выполненный эксцентрично по отношению к единому с ним стакану 6, охватывающему нагрузочный вал 7, шарообразная поверхность которого окружена замкнутым круговым пазом полукруглого сечения. По внутренней сферической поверхности стакана 6 расположены дугообразные пазы полукруглого сечения для сочетания с круговым пазом посредством шаров 10. В верхней части корпуса 1 находятся выхлопное 11 и всасывающее 12 окна, а в нижней его части установлена запальная свеча 13 для воспламенения сжатой горючей смеси. Техническим результатом является повышение мощности двигателя и обеспечение автоматической редукторной способности в зависимости от сопротивления транспортному средству. 2 ил.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с эпитрохоидальной рабочей камерой, трехгранный ротор, нагрузочный вал и механизм преобразования вращательно-переносного движения ротора во вращательное движение стакана и вала, связанных общими шарами, отличающийся тем, что шаровая поверхность вала диаметрально охвачена круговым пазом под углом к оси двигателя, а по внутренней сферической поверхности стакана имеются пазы для сочетания с круговым пазом посредством шаров.