РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2022 года по МПК F02B53/00 F01C1/77 F02B55/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может найти применение при проектировании и производстве двигателей внутреннего сгорания.

Известна роторно-поршневая машина объемного расширения (патент RU №2528221, МПК F01C 1/07, F01C 1/077, F02G1/044, опубл. 10.09.2014, бюл. 25), которая содержит корпус, два рабочих вала, центральное неподвижное зубчатое колесо и выходной вал с эксцентриком. Рабочие валы оснащены лопастными поршнями и рычагами. На эксцентрике установлено водило с планетарным зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с центральным колесом с внутренним зацеплением. Водило шарнирно соединено шатунами с рычагами обоих рабочих валов. Круговая рабочая полость корпуса имеет впускные и выпускные каналы, а также выходные и входные каналы объема(ов) перетока, вынесенного(ных) за пределы рабочей полости. Каналы имеют последовательно смежно-расположенное подключение к круговой рабочей полости корпуса по ходу движения лопастных поршней.

Однако машина имеет сложную конструкцию со сложной схемой преобразования движений, что в свою очередь снижает надежность двигателя.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, принятый в качестве прототипа ((патент RU №2225513, МПК F01C1/07, опубл. 10.03.2004, бюл. 7), Двигатель содержит корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала один в другом, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса, а ко вторым торцам рабочих валов присоединены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом двигателя. Содержит сдвоенный мальтийский механизм, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла мальтийского креста, а дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность прототипа: корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса.

Недостатки двигателя заключаются в том, что он имеет сложные кинематические связи и содержит дифференциал, состоящий из шестерен и валов, что усложняет конструкцию, увеличивает трение между движущими частями, что ведет к увеличению износа частей двигателя и снижает его надежность.

Изобретение направлено на увеличение надежности и уменьшение износа конструкции двигателя.

Это достигается тем, что роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с рабочей полостью, два соосных вала с дисками, на которых диаметрально расположены секторные лопасти с возможностью вращения в рабочей полости корпуса и мальтийский механизм. В предложенном решении соосные валы разнонаправлены, к их внутренним торцам закреплены диски и мальтийские кресты, кресты своими кривошипными дисками закреплены на выходном валу с маховиком. При этом на каждом кривошипном диске, повернутом относительно друг друга на угол 90°, выполнены тормозные диски, а секторные лопасти выполнены с возможностью при вращении создавать демпферные камеры

Для уменьшения трения между тормозными дисками и мальтийскими крестами на каждом из двух тормозных дисков могут быть выполнены по два диаметрально расположенных выреза для прохождения лучей креста, установлены две цевки и ленточные подшипники

Демпферные камеры обеспечивают плавное вращение секторных лопастей за счет изменения давления между секторными лопастями во время их схождения и расхождения. На внешних торцах соосных валов закреплены два креста мальтийских механизмов для преобразования непрерывного вращения в прерывистое и состоит из кривошипного диска с эксцентрично расположенными двумя цевками (т.е. кривошипа) и (креста), который представляет собой пластину с четырьмя пазами. При вращении кривошипного диска цевка входит в паз креста и, скользя по нему, поворачивает его на 90°. После выхода цевки из паза крест остается неподвижным до тех пор, пока цевка, продолжая свое движение, не переместится и не войдет в следующую прорезь креста. На каждом кривошипном диске выполнены тормозные диски, каждый с двумя диаметрально расположенными вырезами для прохождения лучей креста, и двумя цевками, причем один кривошипный диск повернут относительно другого на угол 90°. Валы установлены в корпусе на подшипниках. На тормозных дисках установлены ленточные подшипники для уменьшения трения между тормозными дисками и застопоренными мальтийскими крестами. Двигатель имеет систему газораспределения и зажигания, причем на штоках клапанов для уменьшения трения установлены ролики. Рабочие и демпферные камеры создаются вращением одной пары лопастей при застопоренной в это время другой паре.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - внешний вид двигателя (стенка корпуса не показана); фиг. 2 - вырез А-А на фиг. 1 (для показа левых входного и выходного патрубков); фиг. 3 - вырез Б-Б на фиг. 1 (для показа правых входного и выходного патрубков); фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 4 (для показа рабочей полости с секторными лопастями, свечей зажигания и впускных клапанов); фиг. 6 - исходное состояние двигателя на момент начала такта впуска с разрезом Д-Д на фиг. 4 (для показа конструкции левого мальтийского механизма) и разрезом Е-Е на фиг. 4 (для показа правого мальтийских механизмов); фиг. 7 - разрез Ж-Ж на фиг. 5 (система газораспределения); фиг. 8 - циклограмма работы двигателя.

Роторно-лопастной ДВС содержит корпус 1 с рабочей полостью 2, два разнонаправленных друг к другу соосных вала: левый 3 и правый 4. К внутренним торцам валов 3 и 4 закреплены диски 5 и 6, соответственно, с диаметрально расположенными внутри рабочей полости 2 секторными лопастями 7, 8 и 9, 10, т.е. по два на каждый диск 5 и 6. Секторные лопасти 7, 8 и 9, 10 дисков 5 и 6, перемещаясь в полости 2 корпуса 1, создают рабочие камеры впуска 11, 12, сжатия 13,14, рабочего хода 15,16 и выпуска 17,18. Начальное состояние каждого из рабочих камер определяется указание к его позиции на фигурах буквы «н», а конечное состояние - буквы «к». На соосных валах 3 и 4 закреплены два мальтийских креста 19 и 20, с четырьмя пазами на каждом 21, 22, 23, 24 и 25, 26, 27, 28, соответственно. Каждый мальтийский механизм 29 и 30 состоит из мальтийских крестов 19 и 20 и кривошипных дисков 31 и 32, закрепленных на выходном валу 33. На выходном валу 33 закреплен маховик 34. На каждом кривошипном диске 31 и 32 выполнены тормозные диски 35 и 36, каждый с двумя диаметрально расположенными вырезами 37, 38 и 39, 40 (фиг. 6) для прохождения лучей мальтийских крестов 19 и 20 и двумя цевками 41, 42 и 43, 44. Один кривошипный диск 31 повернут относительно другого 32 на угол 90°. Валы 3, 4, 33 установлены в корпусе 1 на подшипниках 45. На тормозных дисках 35 и 36 установлены по два ленточных подшипника 46 для уменьшения трения между тормозными дисками 35 и 36 и мальтийскими крестами 19 и 20. Двигатель имеет систему газораспределения, состоящую из двух впускных клапанов 47, 48 с патрубками 49, 50, двух выпускных клапанов 51, 52 с патрубками 53, 54 и двух свеч зажигания 55, 56. Для управления выпускными клапанами 51, 52 на кресте 19 закреплены выпуклые полосы 57, 58, а для управления впускными клапанами 47,48 на кресте 20 закреплены выпуклые полосы 59,60. На штоках клапанов 47, 48 и 51, 52 установлены ролики 61 (фиг. 7). Во время работы двигателя между рабочими камерами создаются демпферные камеры 62.

Двигатель работает следующим образом.

Исходное положение.

Маховик 34, установленный на корпусе 1, имеет определенный момент количества движения (фиг. 4). Крест 19, мальтийского механизма 29, находится в застопоренном положении тормозным диском 35 с ленточным подшипником 46 «конец выпуска», при этом цевка 41 расположена на выходе из паза 24, а выпуклые полосы 57, 58 сошли с роликов 61 выпускных клапанов 51 52, закрывая их. Крест 20, мальтийского механизма 30, находится в расторможенном положении тормозным диском 36 с ленточным подшипником 46 «начало впуска», при этом цевка 43 расположена на входе в паз 25, а выпуклые полосы 59,60 находят на ролики 61 впускных клапанов 47, 48, открывая их.

Циклограмма работы двигателя (см. фиг .8).

Такт впуска:

Выходной вал 33, установленный на подшипнике 45 за счет инерции маховика 34, поворачивается против часовой стрелки от 0° до 90° вместе с кривошипными дисками 31, 32 (см. фиг. 4).

Крест 19 находиться в застопоренном состоянии и через левый вал 3 и диск 5 фиксирует лопасти 7,8 в рабочей полости 2, создавая с лопастями 9,10 рабочие камеры впуска 11н,12н, (см. фиг. 6, где «н» - начало).

Кривошипный диск 32, с вырезами 39,40 , своей цевкой 43 заходит в паз 25 креста 20, поворачивая его на 90° по часовой стрелке. Крест 20, нажимая выпуклыми полосами 59, 60 на ролик 61, держит впускные клапаны 47,48 открытыми и через правый вал 4 и диск 6 поворачивает лопасти 9,10 в рабочей полости 2, создавая с лопастями 7, 8 демпферные 62 и рабочие камеры впуска 11к,12к («к» - конец) для горючей смеси, в которые через открытые клапаны 47, 48 и через патрубки 49, 50 засасывается горючая. Процесс впуска идет до тех пор, пока выпуклые полосы 59, 60 креста 20 не сойдут с ролика 61 и не закроются впускные клапаны 47,48.

Выходной вал 33 повернулся (0°-90°).

Крест 20 повернулся (0°-90°) (см. фиг. 6 - начало впуска, фиг. 7, фиг. 8а - конец впуска).

Такт сжатия:

Выходной вал 33 за счет инерции маховика 34 поворачивается против часовой стрелки от 90° до 180° вместе с кривошипными дисками 31, 32 (см. фиг. 4).

Крест 20 находится в застопоренном состоянии и через правый вал 4 и диск 6 фиксирует лопасти 9, 10 в рабочей полости 2, создавая с лопастями 7, рабочие камеры сжатия 13н,14н.

Кривошипный диск 31, с вырезами 37,38, своей цевкой 42 заходит в паз 21 креста 19 , поворачивая его на 90° по часовой стрелке. Крест 19 через левый вал 3 и диск 5 поворачивает лопасти 7,8 в рабочей полости 2 ,создавая с лопастями 9,10 демпферные 62 и рабочие камеры сжатия 13к,14к, в которых сжимается горючая смесь (см. фиг. 8а, б).

Выходной вал 33 повернулся (90°-180°).

Крест 19 повернулся (0°-90°) (см. фиг. 8а - начало сжатия, фиг. 8б - конец сжатия).

Такт рабочего хода:

Крест 19 находится в застопоренном состоянии и через левый вал 3 и диск 5 фиксирует лопасти 7, 8 в рабочей полости 2, создавая с лопастями 9,10 демпферные 62 и рабочие камеры рабочего хода 15н,16н.

Кривошипный диск 32 своей цевкой 44 заходит в паз 26 креста 20. В этот момент на свечи зажигания 55, 56 подается напряжение для поджигания сжатой горючей смеси в камерах рабочего хода 15н,16н. Лопасти 9,10 под действием рабочих газов, перемещаясь в рабочих камерах 15к,16к, поворачивают диск 6 и крест 20 по часовой стрелке. Крест 20, воздействуя сторонами паза 26 на цевку 44, поворачивает кривошипный диск 32 вместе с выходным валом 33 против часовой стрелке на 90°, совершает полезную работу и увеличивает момент инерции маховика 34.

Выходной вал 33 повернулся (180°-270°).

Крест 20 повернулся (90°-180°) (см. фиг. 8б - конец сжатия, фиг. 5, фиг. 8б - начало рабочего хода, фиг. 8в - конец рабочего хода, фиг. 4).

Такт выпуска:

Выходной вал 33 за счет инерции маховика 34 поворачивается против часовой стрелки вместе с кривошипными дисками 31, 32.

Крест 20 находится в застопоренном состоянии и через правый вал 4 и диск 6 фиксирует лопасти 9, 10 в рабочей полости 2, создавая с лопастями 7, 8 рабочие камеры выпуска 17н,18н.

Кривошипный диск 31 своей цевкой 41 заходит в паз 22 креста 19, поворачивая его на 90° по часовой стрелке. Крест 19 выпуклыми полосами 57, 58 нажимает на ролик 61 и держит выпускные клапаны 51, 52 открытыми и через левый вал 3 и диск 5 поворачивает лопасти 7, 8 в рабочей полости 2, создавая с лопастями 9, 10 демпферные 62 и рабочие камеры выпуска 17к,18к для отработанных газов, которые через открытые клапаны 51, 52 и патрубки 53, 54 удаляются наружу до тех пор, пока крест 19 выпуклыми полосами 57, 58, через ролик 61, не закроет выпускные клапаны 51,52.

Выходной вал 33 повернулся (270°-360°).

Крест 19 повернулся (90°-180°) (см. фиг. 4, фиг. 8в - начало выпуска, фиг. 7, фиг. 6 - конец выпуска).

Пазы 23, 24 и 27, 28 задействованы при следующем полном обороте выходного вала 33.

За один оборот выходного вала 33 совершается два "рабочих хода" двигателя.

Упрощение конструкции достигается тем, что двигатель содержит корпус 1 с рабочей полостью 2, два соосных вала 3 и 4, к которым присоединены диски 5 и 6 с диаметрально расположенными секторными лопастями 7,8 и 9,10, по две на каждый диск 5 и 6, вращающимися в рабочей полости 2 корпуса 1. Подобная простота конструкции позволяет создать собой рабочие и демпферные камеры 62, т.е. из кинематической схемы исключить дифференциал. Два креста 19 и 20 мальтийских механизмов закрепленные на соосных валов 3 и 4 преобразуют непрерывное вращение в прерывистое, состоящее из кривошипного диска 31 и 32 с эксцентрично расположенными двумя цевками 41,42 и 43,44 (т.е. кривошипа) и (креста 19 и 20), который представляет собой пластину с четырьмя пазами на каждом 21,22, 23,24 и 25, 26, 27, 28, тем самым упрощая конструкцию двигателя. Обеспечение плавности работы двигателя достигается тем, что демпферные камеры 62 осуществляют плавное вращение секторных лопастей 7, 8 и 9, 10 за счет изменения давления между ними во время их схождения и расхождения. Для уменьшения трения на тормозных дисках 35, 36 установлены ленточные подшипники 46 между тормозными дисками 35,36 и застопоренными мальтийскими крестами 19 и 20. Это позволяет уменьшить износ частей двигателя и увеличить надежность двигателя.

Изобретение направлено на увеличение надежности и уменьшение износа конструкции двигателя за счет упрощение конструкции, обеспечение плавности работы двигателя и уменьшение трения между движущими его частями.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит корпус (1) с рабочей полостью, два соосных вала (3, 4) с дисками (5, 6), на которых диаметрально расположены секторные лопасти с возможностью вращения в рабочей полости корпуса и мальтийский механизм (29, 30). Соосные валы (3, 4) разнонаправлены, к их внутренним торцам закреплены диски и мальтийские кресты (19, 20). Кресты (19, 20) своими кривошипными дисками (31, 32) закреплены на выходном валу (33) с маховиком (34). На каждом кривошипном диске (31, 32), повернутом относительно друг друга на угол 90°, выполнены тормозные диски (35, 36), а секторные лопасти выполнены с возможностью при вращении создавать демпферные камеры. Технический результат заключается в уменьшении износа конструкции двигателя. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочей полостью, два соосных вала с дисками, на которых диаметрально расположены секторные лопасти с возможностью вращения в рабочей полости корпуса и мальтийский механизм, отличающийся тем, что соосные валы разнонаправлены, к их внутренним торцам закреплены диски и мальтийские кресты, кресты своими кривошипными дисками закреплены на выходном валу с маховиком, при этом на каждом кривошипном диске, повернутом относительно друг друга на угол 90°, выполнены тормозные диски, а секторные лопасти выполнены с возможностью при вращении создавать демпферные камеры.

2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что на каждом из двух тормозных дисков выполнены по два диаметрально расположенных выреза для прохождения лучей креста, установлены две цевки и ленточные подшипники.