РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F01C9/00 F02B53/04 F02B55/16 

Изобретение относится к области двигателестроения транспортных средств.

Широкое применение в двигателестроении получили роторно-лопастные двигатели внутреннего сгорания, обладающие значительными преимуществами перед традиционными ДВС, но их использование ограничивается рядом недостатков, таких, как необходимость применения сложных механизмов для выравнивания движения лопастей и интенсивный износ деталей вследствие наличия значительных динамических и инерционных нагрузок.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания или объемная машина (см. патент РФ №2016241, МКИ F04C 2/00), содержащий корпус, две пары лопастей, кинематически связанных с выходным валом посредством механизмов качания лопастей шестеренчатого типа с сателлитными валами, причем на штырях шестерен установлены кольцеобразные балансировочные грузы.

Такое исполнение позволяет устранить инерционные нагрузки от неравномерного вращения лопастей, действующие на зубья шестерен и на выходной вал, но не уменьшает инерционные нагрузки, которые действуют на подшипниковые опоры механизмов качания лопастей и приводят к их неравномерному нагружению и, как следствие, к интенсивному износу.

Известен также роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (см. патент РФ №2151893, МКИ F02B 53/00), содержащий корпус с выхлопным и всасывающим патрубками, роторный элемент с двумя парами лопастей с боковыми крышками и центральными втулками, кинематически связанных с выходным валом посредством механизмов их качания и образующих в корпусе рабочие камеры переменного объема, и трубопровод, соединяющий в конце цикла расширения зону расширения с зоной всасывания, причем упомянутый трубопровод соединен с выхлопным патрубком через обратный клапан с возможностью регулирования усилия его открытия в зависимости от числа оборотов выходного вала, а зона всасывания соединена с трубопроводом через обратный клапан, открывающийся при давлении газов в трубопроводе, большим давления выхлопа сгоревших газов.

К недостаткам данной конструкции следует отнести попытку уменьшения инерционных нагрузок на элементы механизма качания лопастей за счет усложнения механизма газораспределения, а именно путем увеличения начального давления при сжатии рабочей смеси или воздуха и перепуске части сгоревших газов в рабочий объем, заполненный рабочей смесью или воздухом, что, в итоге, не решает в полной мере поставленную задачу в связи с наличием неуравновешенных сил и моментов инерции при качании лопастей двигателя.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение долговечности и надежности роторно-лопастных двигателей путем снижения динамических и инерционных нагрузок на детали двигателя внутреннего сгорания.

Для решения поставленной задачи роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выпускным и впускным патрубками, роторный элемент с лопастями, совершающий вращательно-колебательные движения, механизм их качании и перепускные трубопроводы, снабжен неподвижными перегородками, закрепленными на внутренних стенках корпуса, с образованием рабочих и вспомогательных камер и демпфером, имеющим камеры с обратными клапанами, выполненные с возможностью сжатия в них воздуха и перепуска его из одной камеры в другую, а механизм качания ротора выполнен кривошипно-шатунным, кривошип которого закреплен на коленчатом валу, а шатун шарнирно соединен с роторным элементом.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены продольный и поперечный разрезы предлагаемой конструкции двигателя, на фиг. 2 приведены иллюстрации, поясняющие принцип работы двигателя.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса 1, к которому прикреплена крышка корпуса 2, на которой расположены выпускной 3 и впускной 4 патрубки, роторного элемента 5 с двумя парами лопастей, установленного с возможностью совершать вращательно-колебательные движения в корпусе 1 на оси 6, неподвижных перегородок 7, жестко соединенных с крышкой корпуса 2, с образованием рабочих и вспомогательных камер двигателя, перепускных трубопроводов 8, соединяющих рабочие и вспомогательные камеры, механизма качания ротора 5, выполненного кривошипно-шатунным, включающим кривошип 9, закрепленный на коленчатом валу 10, смонтированном в нижней части корпуса и шатун 11, шарнирно соединенный одним концом с кривошипом, а другим - с ротором 5. В корпусе 1 имеются также окна и каналы, соединяющие рабочие и вспомогательные камеры двигателя посредством перепускных трубопроводов 8, а также окна и каналы для поступления порции свежего воздуха из впускного патрубка 4 во вспомогательные камеры и отвода отработанных газов из рабочих камер двигателя в выпускной патрубок 3. Взаимное расположение окон и каналов выполнено таким образом, чтобы обеспечить работоспособность роторно-лопастного двигателя. Корпус 1 закрепляется на опорной поверхности с помощью опор 12. В нижней части корпуса 1 и одновременно внутри полости ротора 5 смонтировано демпферное устройство 13, имеющее камеры с обратными клапанами, соединенные между собой перепускным трубопроводом 14, для обеспечения эффективного гашения колебаний. Корпус 1 соединяется с крышкой корпуса 2 с расположенными на ней выпускным и впускным патрубками 3, 4 с помощью стандартных крепежных элементов. Корпус и крышка корпуса в итоге являются опорами для вращения коленчатого вала и вращательно-колебательного движения роторного элемента. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. После монтажа, закрепления на опорной поверхности, установки системы зажигания и подключения к системе питания топливом двигатель готов к работе. Принцип работы роторно-лопастного двигателя поясняется иллюстрациями, приведенными на фиг. 2, где рабочие камеры имеют обозначения А_р и Б_р, а вспомогательные, соответственно, А_в и Б_в.

Посредством пускового механизма (не показан) сообщают коленчатому валу 10 вращательное движение и посредством кривошипа 9 происходит перемещение ротора 5 против часовой стрелки до момента достижения левой мертвой точки (ЛМТ) в левом секторе. В результате, по одному из перепускных трубопроводов 8 рабочая топливовоздушная смесь попадает из вспомогательной камеры А_в в рабочую камеру А_р, и одновременно в правом секторе во вспомогательной камере Б_в создается разряжение и через впускной патрубок 4 рабочая смесь всасывается во вспомогательную камеру Б_в. После продолжения сообщения ротору 5 колебательного движения в рабочей камере Б_р происходит сжатие рабочей смеси и воспламенение с помощью системы зажигания (на схеме не показана) и осуществляется рабочий ход ротора в направлении, соответствующему на схеме движению по часовой стрелке. Соответственно, при рабочем ходе в камере Б_р происходит сжатие и воспламенение рабочей смеси в рабочей камере А_р левого сектора и осуществляется рабочий ход ротора в противоположном направлении (против часовой стрелки). Таким образом, ротор приобретает колебательное движение, преобразуемое с помощью кривошипно-шатунного механизма во вращательное движение коленчатого вала 10. При осуществлении рабочего хода в правом или левом секторе в определенный момент перемещения ротора происходит открытие соответствующего выпускного окна, соединяющего рабочие камеры двигателя с выпускным патрубком 3, и осуществляется выпуск отработавших газов (фиг. 2). При движении поршневой группы в одной из двух секций демпферного устройства сжимается воздух. В момент достижения правой мертвой точки, то есть, одного из крайних положений роторного элемента 5, сжатый воздух из соответствующей демпферной секции Д_пр перемещается через трубопровод 14 в противоположную (левую) секцию Д_л демпфера. В дальнейшем процесс повторяется и воздух постоянно перетекает из одной секции демпферного устройства в другую, что позволяет погасить возникающие при работе двигателя ударные резонансные усилия.

В дальнейшем циклы работы роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания повторяются и посредством кривошипа 9 и шатуна 11 кривошипно-шатунного механизма колебательные движения роторного элемента 5 превращаются во вращательное движение коленчатого вала 10.

Заявленная конструкция в сравнении с прототипом позволяет обеспечить максимальное гашение динамических и инерционных нагрузок, так как в процессе работы газовые силы, возникающие при воспламенении топливовоздушной смеси и силы инерции, возникающие при вращении роторного элемента, за счет наличия двух зеркально расположенных рабочих камер и неподвижных перегородок взаимно уравновешиваются.

Использование роторного элемента с двумя зеркально расположенными поочередно работающими рабочими и карбюраторными камерами, неподвижных перегородок и кривошипно-шатунного механизма, состоящего из кривошипа и шатуна и обеспечивающего преобразование вращательно-колебательных движений роторного элемента во вращательное движение коленчатого вала, а также демпферного устройства, обеспечивает достижение равномерности работы двигателя и повышение показателей надежности и долговечности его работы.

Изобретение относится к области двигателестроения транспортных средств. Техническим результатом изобретения является повышение долговечности и надежности роторно-лопастных двигателей путем снижения динамических и инерционных нагрузок на детали двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель состоит из корпуса (1), крышки корпуса (2), выпускного (3) и впускного (4) патрубков, роторного элемента (5), совершающего вращательно-колебательные движения на оси (6), перепускных трубопроводов (8), неподвижных перегородок (7), кривошипно-шатунного механизма, включающего в себя коленчатый вал (10), кривошип (9) и шатун (11), демпферного устройства (12) и опор (13). Неподвижные перегородки (7) закреплены на внутренних стенках корпуса (2) с образованием рабочих и вспомогательных камер, а демпфер (12) имеет камеры с обратными клапанами, выполненные с возможностью сжатия в них воздуха и перепуска его из одной камеры в другую. Такое исполнение обеспечивает достижение равномерности работы двигателя и повышение показателей надежности и долговечности его работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выпускным и впускным патрубками, роторный элемент с лопастями, совершающий вращательно-колебательные движения, механизм их качании и перепускные трубопроводы, отличающийся тем, что снабжен неподвижными перегородками, закрепленными на внутренних стенках корпуса, с образованием рабочих и вспомогательных камер и демпфером, имеющим камеры с обратными клапанами, выполненные с возможностью сжатия в них воздуха и перепуска его из одной камеры в другую.

2. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что механизм качания ротора выполнен кривошипно-шатунным, кривошип которого закреплен на коленчатом валу, а шатун шарнирно соединен с роторным элементом.