Роторный двигатель внутреннего сгорания "БЕСШАТУННЫЙ" Российский патент 2020 года по МПК F02B57/08 

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

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус двигателя с цилиндрической полостью, в которой установлен цилиндрический ротор, по диаметру которого выполнены два сквозных отверстия под углом 90 градусов друг к другу, создающих две пары стыкующихся цилиндров, в которые помещены сдвоенные поршни, выполненные заодно с ползунами снабженными антифрикционными накладками и сидящими свободно на эксцентриках двухэксцетрикового вала и корпус двигателя закрыт торцевыми крышками. В двигателе применен духэксцентриковый вал, который вместе с коленчатым валом выполняет принцип работы двигателя подобный тому, как и спаренные эксцентрики это совершают в бесшатунных двигателях, см. рис. 11 в, «Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания» С.С. Баландин (1). И поэтому предлагаемый двигатель имеет символ «Бесшатунный». В двигателе контакт уплотнительных элементов происходит по площадкам и это обеспечивает надежность уплотнения и высокую его экономичность.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля, который содержит корпус, выполненный с овальной внутренней полостью, в которой размещается трехгранный ротор, сидящий свободно на эксцентрике эксцентрикового вала, а в вершинах ротора устанавливаются радиальные уплотнительные пластины и с торцов ротор уплотнен торцевыми уплотнительными пластинами и синхронизация вращения ротора и эксцентрикового вала достигается в нем с помощью двух шестерен внутреннего зацепления при соотношении их диаметров 3:2, из которых большая шестерня с внутренними зубьями закреплена жестко на роторе, а вторая с наружными зубьями - на эксцентриковом вале, см. фиг. 30 (2) «Автомобильные роторно-поршневые двигатели Н.С. Ханин и др. Москва 1964». Но так как в этом двигателе радиальные уплотнительные пластины с внутренней полотью корпуса контактируют по линии, то это не обеспечивает надежного уплотнения, а при возникновении больших знакопеременных радиальных сил при вращении ротора эти пластины могут отрываться от сопрягаемой поверхности с корпусом, а при возвращении на нее они создают на ней борозды и это ухудшает уплотнение, снижает экономичность и ускоряет износ двигателя и поэтому его использование практически прекращено.

Известен так же роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической полстью, в которой размещается цилиндрический ротор, по диаметру которого выполнено сквозное цилиндрическое отверстие, образующее стыкующиеся цилиндры, в которые помещены сдвоенные поршни, выполненные цилиндрическими заодно с жестким соединением, сидящем свободно на эксцентрике эксцентрикового вала, ось которого параллельна оси ротора и смещена относительно ее на величину эксцентриситета эксцентрика, при этом на цилиндрическом роторе и на валу отбора мощности имеются синхронизирующие шестерни внутреннего зацепления, из которых большая шестерня с внутренними зубьями жестко закреплена на роторе, а малая шестерня с наружными зубьями жестко соединена с валом отбора мощности. А при выполнении указанной синхронизации применение ползунов в нем излишне.

Недостатком известного двигателя является то, что на его цилиндрический ротор установлено цилиндрическое кольцо ротора, что приводит к увеличению массы двигателя и к тому же он работает по двухтактному циклу, а из за этого возникает большая разница тепловых деформаций, что затрудняет охлаждение двигателя и для продувки его цилиндров применяется сложный компрессор, а по числу рабочих тактов он работает как 2-х цилиндровый 4-х тактный поршневой двигатель и из за этого очень низка его экономичность и велика неравномерность работы двигателя.

Технической задачей изобретения является создание такого двигателя внутреннего сгорания, который будет иметь меньшую удельную массу при работе без компрессора в автономным режиме при большей экономичности и равномерности и в нем будет обеспечена хорошая компенсация разницы тепловых деформаций цилиндров при улучшении охлаждения и предупреждения перегрева поршней и цилиндров двигателя, а также повышение надежности работы двигателя.

Поставленная задача решается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания, имеющий корпус с цилиндрической внутренней полостью, в которую уставлен цилиндрический ротор без цилиндрического кольца ротора и в роторе выполнены по диаметру два сквозных цилиндрических отверстия под углом 90 градусов друг к другу, образующие стыкующиеся цилиндры, в которые помещены сдвоенные поршни, выполненные заодно с ползунами или жестко связанные с ними, и сидящими свободно на эксцентриках двухэксцентрикового вала, который свободно посажен на коленчатую шейку вала отбора мощности, выполняющего роль кривошипа, и при этом оси вращения вала отбора мощности и цилиндрического ротора совпадают с центром полости цилиндрического ротора и это резко меняет работу двигателя, так как теперь при синхронизации их вращения с помощью синхронизирующих шестерен внутреннего зацепления при установке большей шестерни с внутренними зубъми на цилиндрическом роторе, а малой шестерни с наружными зубьями на валу отбора мощности при их соотношении 2;1 и при соединении их с помощью двух промежуточных цилиндрических шестерен одинакового диаметра, меньших в два раза шестерни вала отбора мощности, расположенных с разных сторон задней торцевой крышки ротора, то это обеспечивает вращение коленчатого вала и ротора в соотношении 2:1 в обратных направлениях и будет уже совершаться, более экономичный шеститактный цикл работы двигателя.

Устройство роторного двигателя внутреннего сгорания показано на фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 двигатель показан в продольном разрезе, а на фиг. 2 показан поперечный разрез А-А, на фиг. 1, а на фиг. 3 показана принципиальная схема работы этого двигателя.

Роторный двигатель внутреннего сгорания «Бесшатунный» содержит корпус 1 с цилиндрической полостью, куда помещен цилиндрический ротор 2, в котором по диаметру выполнены два сквозных цилиндрических отверстия под углом 90 градусов друг к другу и образующие стыкующиеся цилиндры 3 и 3а и 4 и 4а и ротор 2 имеет торцевые бортики 5 для технологических нужд, а в стыкующихся цилиндрах 3 и 3а размещаются сдвоенные цилиндрические поршни 6 и 7 и в стыкующихся цилиндрах 4 и 4а размещаются сдвоенные цилиндрические поршни 8 и 9, которые выполнены заодно с ползунами 10, снабженными антифрикционными накладками 10а и свободно сидящими на двух эксцентриках 11 и 12, развернутых на 180 градусов на двухэксцентриковом валу 13. Корпус двигателя 1 закрыт торцевыми крышками 14 и 15 и по центру их и центру корпуса двигателя O1-O2, проходит вал отбора мощности 16, выполняющий роль кривошипа, на коленчатой шейке которого 17 свободно сидит двухэксцетриковый вал 13. Торцевые крышки 14 и 15 имеют по центру цилиндрические выступы 18 и 19, на которых свободно сидит цилиндрический ротор 2 на своих цилиндрических опорах 20, и 21, внутренний диаметр которых обеспечивает выполнение по оси O1-O1 ротора 2 отверстие 22 для прохода через него эксцентриков 11 и 12 при сборке двигателя и позволяет сдвоенным поршням в стыкующихся цилиндрах 3 и 3а и 4 и 4а не пересекать границу этого отверстия 22, а внешний диаметр цилиндрических выступов 18 и 19 не должен препятствовать выполнять синхронизацию вращения цилиндрического ротора 2 и вала отбора мощности 16 с помощью сихронизирующих шестерен, одна из которых с наружными зубьями 23 жестко закреплена на валу отбора мощности, а вторая шестерня 24 с внутренними зубьями и большая в два раза жестко закреплена на торце цилиндрического ротора 2, граничащим со стыкующимися цилиндрами 3 и 3а и эти шестерни соединены между собой с помощью двух промежуточных шестерен равного диаметра, который в 2 раза меньше диаметра шестерни вала отбора мощности, и которые жестко закреплены на промежуточном валу 27. И внешние шестерни 16 и 25 закрыты крышкой картера 28. Уплотнение между сдвоенными цилиндрами и цилиндрической поверхностью полости корпуса 1 осуществляется с помощью металлических уплотнительных пластин 29 и пружинящих их гофрированных пружин, установленных близко к краю цилиндров и которые могут устанавливаться в два ряда в связи наличия на роторе 2 торцевых бортиков 5. А уплотнение между цилиндрами и поршнями осуществляется при помощи компрессионных колец 31 и маслосъемных колец 32, при этом уплотнительные металлические пластины 29 сопрягаются по радиальным площадкам с внутренней цилиндрической поверхностью полости корпуса двигателя 1, на котором установлены две свечи зажигания 33 и 34 в диаметрально противоположном положении друг к другу и при совпадении с ними камер сгорания 35, выполненных в виде углублений 36 на головках сдвоенных поршней 6 и 7 или 8 и 9, совершаются рабочие такты. На фиг. 2 и фиг. 3 на корпусе двигателя 1 цифрой 37 отражен один из участков работы двигателя, в данном случае на фиг. 2 показано то, что через него заходит холодный воздух в цилиндр 3а, и он обозначен стрелкой с буквой X.. А всего в двигателе имеется ШЕСТЬ участков равной величины, по 60 градусов каждый, и если продолжать вращение цилиндра 3а дальше по стрелке С-3, то на следующем участке будет удаляться нагретый воздух согласно стрелке с буквой Н, а при дальнейшем вращении цилиндра 3а будет поступать рабочая смесь согласно стрелке с буквой Р, а дальше начинается сжатие, что на фиг. 2 отражено буквами СЖ, которое закончится тогда, когда камера сгорания совпадет со свечей зажигания 33 и в камере сгорания 35 произойдет воспламенение рабочей смеси и будет происходить расширение горячих газов и совершатся рабочий такт двигателя, на фиг. 2 это отражено буквами РАС, а на следующем участке будет происходить выпуск отработанных газов, что отражено стрелкой с буквой В, в дальнейшем эти процессы будут происходить уже в цилиндре 3. И так через каждую половину оборота ротора 2 в каждом спаренном цилиндре будет совершаться один рабочий такт, а значит за полный оборот ротора будет совершаться в двух спаренных цилиндрах 4е рабочих такта, а всего за один оборот ротора 2 совершиться 8 рабочих тактов, а так как вал отбора мощности 16 вращается в два раза быстрее ротора 2, то значит за один оборот вала совершается 4е рабочих такта при работе двигателя по ШЕСТИТАКНОМУ циклу. Мощность снимается с вала отбора мощности 16 с его конца со шлицами 38, а с конца со шлицами 39 промежуточного вала 27и с переднего конца со шлицами 40 вала отбора мощности 16 снимается мощность для вспомогательных агрегатов.

Наиболее наглядно работу двигателя «отражает принципиальная схема его работы, приведенная на фиг. 3, которая очень близка к работе бесшатунного двигателя, см. рис. 26(1) и отличается лишь тем, что в предложенном двигателе стыкующиеся цилиндры совершают вращение. И как видно из фиг. 2, когда в камере сгорания 35, произошло воспламенение рабочей смеси в цилиндре 3 и началось расширение газов, см. РАС, и продолжилось одновременное вращение вала отбора мощности 16 по стрелке С1, а на фиг. 3 отражено он повернулся на С1=90 град. от первоначального положения O1-O2* до положения его колена O1-O2 на оси O1-В, а в это время эксцентриситет O2*--O3* эксцентрика 11 из первоначального положения пришел в положение O2--O3, т.е. он повернулся по стрелке С2=180 град., вокруг центра 02 и это позволило сделать ему поворот цилиндра 3 на 45 град, от оси O1-А по стрелке С3=45 град.

И за тем при дальнейшем повороте вала отбора мощности от оси O1-В еще на 30 град до критической оси O1-Е, эксцентриситет O2-O3 эксцентрика 11 повернется на 60 град в обратном направлении до этой же оси и тогда в цилиндре 3 произойдет полное расширение, а из цилиндра 3а будут удалены все нагретые газы, которые охлаждали цилиндр 3а и находящийся в нем поршень 7, как это происходит в двигателе, работающего по шеститактному циклу. А если от оси O1-В вал отбора мощности с центрами O1-O2 повернется на 90 град, то цилиндр 4 повернется на 45 град, в обратном направлении и центр его совпадет со свечей зажигания 34 и за это время эксцентриситет O2-O4 эксцентрика 10 повернется на 180 град, на коленчатой шейке с центром O2 вала отбора мощности и произойдет воспламенение горючей смеси от свечи зажигания 34. И так как вал отбора мощности повернулся только на 180 град, а совершилось два рабочих такта, а из этого следует то, что по числу рабочих тактов двигатель работает как 4-х тактный 4-х цилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к бесшатунным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение удельных параметров и надежности. Сущность изобретения заключается в том, что в цилиндрической полости корпуса двигателя помещается цилиндрический ротор, в котором по диаметру выполнены два цилиндрических отверстия под углом 90 градусов друг к другу с размещенными в них двумя парами стыкующихся поршней, соединенных жестко с ползунами. Ползуны сидят свободно на эксцентриках двухэксцентрикового вала, который установлен свободно на коленчатой шейке вала отбора мощности, соединенного с ротором шестернями при соотношении их диаметров 1:2. Большая шестерня с внутренними зубьями закреплена на роторе, а меньшая в два раза шестерня с наружными зубьями жестко соединена с валом отбора мощности. Шестерни соединены между собой через две промежуточные шестерни с наружными зубьями, которые по диаметру в два раза меньше небольшой шестерни вала отбора мощности и располагаются с разных сторон задней торцевой крышки ротора, и это обеспечивает вращение ротора и вала отбора мощности в соотношении 2:1 в разных направлениях. Двигатель работает по 6-тактному циклу, и число его рабочих тактов равно 4, как в 4-цилиндровом 4-тактном двигателе внутреннего сгорания. А отсутствие в нем радиального цилиндрического кольца ротора упрощает конструкцию двигателя и облегчает его сборку. Применение в нем ползунов, снабженных антифрикционными накладками, значительно повышает его долговечность по сравнению с существующими 4-цилиндровыми двигателями внутреннего сгорания. 3 ил.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической полостью, которая закрыта торцевыми крышками корпуса, в цилиндрической полости корпуса размещен цилиндрический ротор, в котором выполнены по его диаметру два сквозные цилиндрические отверстия под углом 90 градусов друг к другу, которые создают две пары стыкующихся цилиндров, в которых размещаются сдвоенные цилиндрические поршни, выполненные с жесткими соединениями, свободно сидящими на эксцентриках эксцентрикового вала, которые развернуты на 180° относительно друг друга, и это обеспечивает вращение эксцентрикового вала и ротора в соотношении 2:1, при этом большая в два раза шестерня с внутренними зубьями закреплена на роторе, а меньшая шестерня с наружными зубьями соединена жестко с валом отбора мощности, отличающийся тем, что в двигателе эксцентриковый вал выполнен полым и двухэксцентриковым и свободно сидящим на коленчатой шейке одноколенчатого вала, выполняющего роль кривошипа и вала отбора мощности, а на эксцентриках двухэксцентрикового вала свободно сидят ползуны, соединенные жестко или выполненные заодно с поршнями и снабженные антифрикционными накладками, причем на роторе и на валу отбора мощности, центры которых совпадают, установлены цилиндрические шестерни с передаточным отношением 2:1, которые соединены между собой через две промежуточные цилиндрические шестерни с наружными зубьями, расположенные с разных сторон задней торцевой крышки, с возможностью обеспечения вращения вала отбора мощности и ротора в противоположных направлениях, при этом вращение двухэксцентрикового вала совершается под действием сил, создаваемых ползунами, а внутренняя полость корпуса разделена на шесть равных отсеков при совершении в нем 6 тактов, между цилиндрами и радиальной внутренней поверхностью цилиндрической полости корпуса установлены металлические уплотнительные пластины, поджимаемые к последней гофрированными пружинами, которые расположены вблизи краев стыкующихся цилиндров, а камеры сгорания выполнены в виде углублений на головках цилиндрических поршней, при этом уплотнительные пластины, находящиеся вблизи краев цилиндров, контактируют по площадкам с внутренней цилиндрической поверхностью полости корпуса, а на цилиндрическом роторе выполнены торцевые буртики.