Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к двигателям с качающимися рабочими органами, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении и авиации.
Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами, содержащий корпус с радиальными перегородками; кольцевые рабочие объёмы, ограниченные торцевыми крышками и оснащённые каналами для подвода рабочей смеси и отвода отработавших газов, снабжённый входным качающимся валом с жёстко закреплённым на нём ротором-поршнем и кинематически связанным с вращающимся выходным валом посредством кривошипно-шатунного механизма привода [см. патент ФРГ №3811760 С1 "Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем", МПК 7 F02В 53/00, F01С 9/00, 01.06.89 г.].
Недостатком данной конструкции двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем является недостаточная уравновешенность и неэффективность использования при малых рабочих объёмах.
Известен ДВС с качающимся ротором-поршнем, являющийся наиболее близким прототипом, содержащий корпус с боковыми крышками, радиальными перегородками, кольцевыми камерами нагнетателей и кольцевыми рабочими камерами сгорания с окнами для подвода горючей смеси, отвода отработавших газов и продувки кольцевых рабочих камер свежим зарядом. Лопастной ротор-поршень жёстко закреплён на входном качающемся валу, установленном в центральных подшипниковых опорах боковых крышек корпуса и кинематически связанном с вращающимся выходным валом кривошипно-шатунным механизмом привода [заявка ФРГ №3725277, МПК 7 F01С 9/00, F02В 53/00, 09.02.89 г.].
Недостатком данной конструкции двигателя является сложная конструкция механизма качающегося ротора-поршня, содержащая систему валов с шатунно-кривошипным механизмом привода, усложняющим его конструкцию, увеличивающим габариты, вес, снижающим надежность устройства и долговечность эксплуатации.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя, снижение веса и повышение надёжности эксплуатации.
Поставленная задача решается таким образом, что двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем выполнен содержащим корпус со свечами зажигания и как минимум с двумя радиальными перегородками, боковыми крышками, как минимум с двухлопастным ротором-поршнем, имеющим ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал. Согласно изобретению двигатель содержит стационарно установленную в центральных опорах боковых крышек опорную ось качающегося на ней ротора-поршня, в полости которого размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с кулисным пазом, расположенным в области ступицы качающегося ротора-поршня, сопряжённым подвижно с ползуном, качающимся на кривошипной шейке выходного вращающегося коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно центральных опор боковых крышек в пределах качающегося ротора-поршня.
На фиг. 1 изображён двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, вид спереди; на фиг. 2 - вид сбоку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, представленный на фиг. 1, 2, 3 и 4, содержит корпус 1 с боковыми крышками 2, четырьмя радиальными перегородками 3 и четырёхлопастным ротором-поршнем 4, качающимся на оси 5, установленной в центральных опорах 6 боковых крышек 2. Ротор-поршень 4 содержит лопасти нагнетания 7 и 8, расположенные в камерах нагнетателей 9, 10, 11 и 12, рабочие лопасти 13 и 14, расположенные в рабочих камерах сгорания 15, 16, 17 и 18 и ступицу 19 с размещённым в ней приводным кулисным пазом 20 и выемками 21. В полости ротора-поршня 4 размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с выходным вращающимся коленчатым валом 22, установленным в коренных подшипниковых опорах 23 боковых крышек 2 корпуса 1 (см. фиг. 3 и 4), смещённых относительно центральных подшипниковых опор 6 боковых крышек 2. На кривошипной шейке 24 выходного коленчатого вала 22 установлен качающийся ползун 25 (см. фиг. 3, 4), подвижно сопряжённый с кулисным пазом 20, расположенным в ступице 19 четырёхлопастного ротора-поршня 4. Выемки 21 ступицы 19 четырёхлопастного ротора-поршня 4 периодически образуют с радиальными перегородками 3 перепускные каналы 26, предназначенные для продувки рабочих камер 15, 16, 17 и 18 (см. фиг. 3). Цилиндрический корпус 1 снабжен верхним 27 и нижним 28 входными каналами для поступления в камеры нагнетателей 9, 10, 11 и 12 горючей смеси. Корпус 1 снабжён также выходными каналами 29 и 30 для выпуска из рабочих камер 15, 16, 17 и 18 отработавших газов. Рабочие камеры 15, 16, 17 и 18 снабжены свечами зажигания 31. Боковые крышки 2 крепятся к корпусу 1 с двух сторон шпильками 32 с гайками 33.
Работа двухтактного двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем заключается в следующем. За один оборот коленчатого вала 22 и два угловых колебания качающегося ротора-поршня 4 совершается рабочий цикл двигателя, т.е. рабочий ход, продувка рабочих камер 15, 16, 17 и 18 горючей смесью из камер нагнетателей 9, 10, 11 и 12, повторное их наполнение горючей смесью и сжатие. При запуске двигателя стартёром коленчатый вал 22 действует ползуном 25 кривошипной шейки 24 на кулисный паз 20 ротора-поршня 4 и заставляет его качаться на оси 5. Качаясь на оси 5, ротор-поршень 4 занимает поочерёдно крайние положения, границей которых являются н.м.т. и в.м.т. На фиг. 3 представлен разрез двигателя в положении рабочих органов, когда рабочая лопасть 13 ротора-поршня 4 находится в н.м.т., а лопасть 14 в в.м.т. При этом происходит открытие перепускных каналов 26, входных каналов 27 и 28 и выходных каналов 29 и 30. В рабочих камерах 15 и 16 начинается рабочий ход, а в рабочих камерах 17 и 18 заканчивается продувка и начинается сжатие рабочей смеси, а в камерах нагнетателей 11 и 12 заканчивается наполнение свежей горючей смесью. Затем цикл периодически повторяется.
edrid.ru
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с качающимися рабочими органами.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, соосные рабочие валы с установленными на них лопастями, образующими в кольцевой камере четыре рабочие и нагнетательные /нерабочие/ полости, выходной вал и механизм привода лопастей, установленный на рабочих валах, кинематически связывающий их с выходным валом и включающий шестерню, закрепленную жестко на корпусе соосно с рабочими валами, кривошипные механизмы, снабженные зубчатыми колесами-сателлитами и ползунами, установленные попарно-противоположно и кинематически связанные с выходным валом, при этом зубчатые колеса входят в зацепление с неподвижной шестерней, закрепленной на корпусе, а ползуны находятся в пазах крестовины, установленных на рабочих валах. Для повышения надежности работы роторного двигателя выходной вал и механизм привода снабжены зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении, причем зубчатое колесо механизма привода имеет внутренние спицы, на рабочих валах установлены зубчатые секторы, в зацеплении с которыми находятся конические шестерни, установленные на спицах и связанные жестко с пружинами кручения, рабочие валы снабжены механизмом стабилизации угловой скорости, состоящим из двух балансиров, связанных между собой пружинами и снабженных роликами, и профилированного кулачка, установленного с возможностью поворота на корпусе машины и снабженного рукояткой для поворота. /См. а.с.СССР №1442683 “Роторный двигатель внутреннего сгорания”, МПК 7 F 02 В 53/00, 07.12.88 г./
Недостатком этого двигателя является сложность его конструкции, вызванная наличием механизма привода лопастей, двух кривошипных механизмов и механизма стабилизации угловой скорости.
Выполнение рабочих и нагнетательных полостей рабочими и вспомогательными лопастями потребует вращение лопастей с разной скоростью от системы механизмов, а следовательно, потребует дополнительный расход мощности, что снизит КПД /коэффициент полезного действия/ двигателя.
Отсутствие эффективного процесса продувки отработавших газов приводит к снижению качества поступившей горючей смеси из-за смешивания ее с остатками отработавших газов.
Эти недостатки частично устранены в “Двухтактном двигателе внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, содержащем цилиндрический, закрытый с обеих сторон крышками 4, 5 корпус 1 /картер/, образующий кольцевую рабочую камеру, в середине которой установлен входной вал 3 /фиг.1/ с качающимся ротором-поршнем 6, в ступице которого выполнена выемка 17, сегментную перегородку 7, прикрепленную к корпусу 1 болтами 10, 11, генератор переменного тока /устройство зажигания/ 43 и каналы для подвода горючей смеси 18 и для отвода отработавших газов 19, которые закрываются и открываются лопастью 22 качающегося ротора-поршня. На валу 3 /фиг.3/ закреплен кривошип 23 /рычаг/, который посредством шатуна 25 связан с кривошипом 26, установленным на выходном валу 27. В корпусе 1 рядом с сегментной перегородкой 7 установлена свеча зажигания 16, и между ними и поршнем 6 устанавливаются уплотнения 12, 13, 14, 15. /См. патент ФРГ №3811760 “Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, МПК 7 F 02 B 53/00, F 01 C 9/00, 01.06.89 г./.
Недостатком этого двигателя является то, что он имеет ротор-поршень с одной лопастью, которая с перегородкой делят рабочую кольцевую камеру на две полости, одна из которых нагнетательная, а другая рабочая. Это приводит к тому, что для возвращения ротора-поршня с нижней мертвой точки /НМТ/ до верхней мертвой точки /ВМТ/ потребуется дополнительная мощность для вращения выходного вала, что снизит КПД двигателя.
При качании ротора-поршня ввиду его неуравновешенности возникают силы трения, вызывающие износ подшипников вала, корпуса, лопасти ротора-поршня и снижение надежности двигателя при эксплуатации.
Наличие генератора переменного тока сбоку корпуса приводит к увеличению габаритов двигателя и сложности его конструкции.
Известен также “Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем”, который является наиболее близким аналогом-прототипом заявленного изобретения. За прототип принят двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус 7 /фиг.1, 2/ с каналами для охлаждения и установленными в нем форсунками 21 /фиг.1 - вариант дизельного двигателя/ или двумя свечами зажигания 22 /фиг.2 - вариант двигателя “Отто”/. На корпусе 7 /фиг.2/ двигателя предусмотрен для подачи горючей смеси впускной канал 25, а для выхлопа отработавших газов выходной канал 26. Внутри корпуса 7 на рабочем валу 10 установлен качающийся ротор-поршень 8 /анкер/ с двумя лопастями и закреплены жестко с внутренней его стороны напротив форсунок 21 /фиг.1/ и в месте установки свечей зажигания 22 /фиг.2/ перегородки 27 /переходы/. Ротор-поршень 8 и перегородки 27 делят рабочую кольцевую камеру, образованную корпусом 7 на четыре полости с изменяющейся объемной величиной, две из которых полости нагнетания 23 и две рабочие полости 24. Для перелива горючей смеси в рабочие полости 24 в ступице качающегося ротора-поршня 8 выполнены выемки 9 /фиг.1, 2/. В жестких перегородках 27 выполнены камеры завихрения 20 /фиг.1 - вариант дизельного двигателя/, в которых поступившая горючая смесь из рабочих полостей благодаря вращающемуся движению качающегося ротора-поршня 8 будет сжиматься и при сильном завихрении сгущаться. Внутри ротора-поршня 8 и выходного вала 11 двигателя для смазки и охлаждения выполнены каналы 18 /фиг.1, 2, 3/. Для подачи смазки посредством насоса служат отверстия 29. Подпружиненные спиральными пружинами керамические уплотнения 17 и кольца 16 расположены на лопастях ротора-поршня 8 и перегородках 27. На кривошипе вала 10 и кривошипе вала 12 установлен шатун /штанга/ 13 /фиг.3, 4/, преобразующий качательное движение вала 10 во вращательное движение вала 12, на котором установлена шестерня 15 /фиг.5/, находящаяся в зацеплении с шестерней 14, насаженной на валу 11, который подвижно размещен внутри полого вала 10 с жестко закрепленным на нем ротором-поршнем 8. Все вышеперечисленное образует механизм привода лопастей. При запуске двигателя, например, стартером вращают вал 11 /фиг.3, 4/, который передает вращение через шестерни 14, 15 кривошипу вала 12, а он через шатун 13 и кривошип вала 10 передает качательное движение ротору-поршню 8, в результате чего двигатель внутреннего сгорания /ДВС/ начинает работать. После запуска двигателя происходит поступление горючей смеси в рабочие полости 24 /фиг.1/, где происходит в результате сжатия и зажигания горючей смеси под действием образовавшихся газов качание ротора-поршня 8. От ротора-поршня 8 качательное движение передается кривошипу вала 10, который передает движение шатуну 13, приводящему во вращение кривошип с валом 12. От вала 12 через шестерни 15 и шестерни 14 передается вращение валу 11. Для уравновешивания кривошипа вала 12 на нем установлен противовес 19, а на валу 11 смонтирован маховик-шестерня 14. /См. заявка ФРГ №3725277, МПК 7 F 01 С 9/00, F 02 B 53/00, 09.02.89 г./
Недостатком двигателя является сложная конструкция механизма привода лопастей при наличии в нем системы валов и шестерен, снижающая надежность двигателя при эксплуатации.
Конструкция корпуса двигателя не позволяет использовать его в качестве генератора переменного тока для создания разряда между электродами свечей зажигания, и для работы двигателя потребуется дополнительно генератор с приводом. Это приводит к сложности конструкции, двигателя и снижению надежности его при эксплуатации.
Отсутствие связи камер завихрения с выемками в ступице ротора-поршня не позволяет обеспечить ввод сжатой горючей смеси из полостей нагнетания в камеры завихрения и исключить образование в них остатков отработавших газов СО, что приводит к снижению КПД двигателя.
Отсутствие смотровых оком не позволяет обеспечить визуальный контроль качества состава и сгорания горючей смеси в рабочей полости, что снижает надежность двигателя при эксплуатация.
Конструкция привода лопастей не позволяет использовать его для изменения степени сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя, исключая тем самым эксплуатацию двигателя на различных марках топлива, что не позволяет расширить номенклатуру применяемого топлива и сужает функциональные возможности двигателя.
Конструкция свечей зажигания и расположение их электродов вне камеры завихрения требует применения дополнительно распределителя зажигания с прерывателем и его привода, что позволяет получить только один разряд для зажигания горючей смеси. Это приводит к сложности конструкций, снижению надежности двигателя при эксплуатации в карбюраторном варианте исполнения.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя для облегчения его изготовления, расширение возможности применения двигателя для различной номенклатуры топлива и улучшение его эксплуатационных качеств.
Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении количества электрических аппаратов с приводами, в расширении функциональных возможностей за счет изменения степени сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя, увеличении КПД двигателя путем устранения остатков отработавших газов из камер завихрения и рабочих полостей двигателя и повышении надежности двигателя при эксплуатации посредством увеличения количества разрядов свечей зажигания.
Сущность изобретения заключается в том, что в двигателе внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащем корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой, ограниченной с торцов боковыми крышками, в которой расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с камерами завихрения, а на входном валу установлен ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками для перелива горючей смеси и по меньшей мере две лопасти, образующие с перегородками две рабочие и нагнетательные полости, связанные с корпусом свечи зажигания, окна впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов, размещенные на входном валу и роторе-поршне смазочно-охлаждающие каналы, а также механизм привода ротора-поршня, установленный на двух параллельных валах и включающий кривошипно-шатунный механизм, корпус двигателя выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью, охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания, причем в стержнях выполнены каналы для их охлаждения и обмоток, связанные с каналами подвода и отвода пластины, а в перегородках радиальные пазы, имеющие выход в камеры завихрения, напротив которых расположены смотровые окна, выполненные на одной из боковых крышек корпуса, при этом в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу, выполнен паз, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, а свечи зажигания выполнены с центральными электродами, укреплены в перегородках корпуса, и их электроды введены в камеры завихрения, напротив электродов, которые установлены на противоположных сторонах одной из лопастей ротора-поршня перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания, на высоте Н, определяемой из выражения
H=h+h2=h+L·tgα, где
h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h2 - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; α - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ /верхней или нижней мертвой точки/.
Ротор-поршень двигателя выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус, крышки и входной вал - из немагнитного материала, а корпусные детали-пластины и стержни - из электротехнической стали. Паз в кривошипе механизма привода ротора-поршня выполнен овальной формы, и его длина l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол β и определяется из выражения
где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол β, определяемый хордой; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; dпал.кр. - диаметр пальца кривошипа; β - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа.
Для обеспечения необходимого зазора “а” между резьбовыми и центральными электродами свечей зажигания установлены регулировочные кольца, которые размещены между корпусом и свечами зажигания.
Выполнение корпуса с диаметрально противоположно расположенными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью охватывающей их пластины С-образной формы, имеющей впадину в средней части для установки свечи зажигания или форсунки, в стержнях каналов для их охлаждения и обмоток, которые связаны с каналами подвода и отвода пластины и выполнение стержней и пластины из электротехнической стали позволяет использовать корпус при взаимодействии с ротором-поршнем, выполненным из магнитно-твердого материала в качестве генератора переменного тока с охлаждением его обмоток, что упрощает конструкцию двигателя за счет исключения дополнительного генератора с приводом и обеспечивает его надежность при эксплуатации.
Выполнение в перегородках радиальных пазов, имеющих выход в камеры завихрения, позволяет обеспечить ввод горючей смеси из нагнетательных полостей рабочей камеры в камеры завихрения и из нее в рабочие полости рабочей камеры с отработавшими газами, вытесняя их полностью в выпускное окно, и заполнение их очередной порцией горючей смеси, что исключает образование остатков отработавших газов СО в камерах завихрения и рабочих полостях, и увеличивает КПД двигателя.
Выполнение на одной из боковых крышек корпуса смотровых окон, расположенных напротив камер завихрения, позволяет без специальных устройств производить визуальный контроль количества разрядов на свечах зажигания, качества состава и сгорания горючей смеси по цвету ее вспышки, которые при использовании гибких световодов с диафрагмой используют для указателей поворота или других сигнализаций транспортного средства, что повышает надежность двигателя при эксплуатации и позволяет упростить конструкцию транспортного средства.
Выполнение в кривошипе механизма привода ротора-поршня, установленном на выходном валу паза овальной формы, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец кривошипа, позволяет изменить радиус установки этого кривошипа и соответственно через шатун и кривошип входного вала, изменить путь S, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол β, определяемый хордой, а также степень сжатия горючей смеси в рабочих полостях двигателя. Длина паза l выбрана из условия поворота ротора-поршня на угол β и определяется из выражения
где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол β, определяемый хордой; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; dпал.кр. - диаметр пальца кривошипа; β - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа. Это позволяет расширить функциональные возможности двигателя и обеспечить эксплуатацию двигателя на различных марках топлива.
Выполнение свечей зажигания с центральными электродами, укрепление их в перегородках корпуса через регулировочные кольца с вводом электродов в камеры завихрения напротив резьбовых электродов позволяет обеспечить многократное воспламенение горючей смеси в камерах завихрения, снизить уровень угарного газа СО в отработавших газах и увеличить КПД двигателя. Кроме этого, при соответствующем давлении и степени сжатия возможна замена свечей зажигания на форсунки топлива для переоборудования в дизельный вариант, что также расширяет функциональные возможности двигателя.
Установка резьбовых электродов на противоположных сторонах одной из лопасти ротора-поршня перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “а” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами свечей зажигания на высоте Н, определяемой из выражения
H=h+h2=h+L·tgα,
где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h2 - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; α - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ /верхней или нижней мертвой точки/, позволяет получить количество разрядов, равное количеству витков резьбы электродов при повороте ротора-поршня на угол α. Такое увеличение количества разрядов свечей зажигания позволяет повысить надежность зажигания рабочей смеси и двигателя при эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид двигателя, поперечный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - продольный разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - продольный разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - узел Т на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.6 - корпус двигателя в аксонометрии; на фиг.7 - вид Г на фиг.3 - схема действия кривошипно-шатунного механизма; на фиг.8 - положение лопастей ротора-поршня при его повороте на yгол β по часовой стрелке; на фиг.9 - положение лопастей ротора-поршня при его повороте на угол β против часовой стрелки.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем содержит корпус 1 /фиг.1, 3, 4, 6/ с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой 2, ограниченной с торцов прикрепленными к нему с помощью болтов 3, 4 боковыми крышками 5, 6, качающийся ротор-поршень 7, закрепленный в рабочей камере на входном шлицевом валу 8, перегородки 9, 10, прикрепленные болтами 11, 12 к внутренней цилиндрической поверхности корпуса и механизм привода ротора-поршня, который содержит два вала - качающийся входной шлицевый вал 8 и вращающийся выходной шлицевый вал 13, на шлицах которых с правой стороны зафиксированы пружинными кольцами 14, 15 кривошипы 16, 17, в которых закреплены гайками 18, 19 с шайбами 20, 21 пальцы 22, 23, посредством которых кривошипы связаны шарнирно с шатуном 24.
Валы 8 и 13 /фиг.3/ имеют шлицы с обеих сторон и установлены в подшипниках скольжения 25, 26, размещенных в отверстиях крышек 5, 6, которые в нижней части выполнены с опорными лапами 27 для крепления двигателя. Шлицевый конец выходного вала 13 и входного вала 8 с левой стороны служит для передачи потребителю вращательного и качательного движения. Ротор-поршень 7 /фиг.1, 8, 9/ выполнен в виде двух лопастей 28, 29 со ступицей 30, на которой выполнены выемки 31, 32 для перелива горючей смеси. Рабочая камера 2 лопастями 28, 29 и перегородками 9, 10 разделена на две рабочие 33, 34 и две нагнетательные 35, 36 полости с изменяющейся объемной величиной и содержит свечи зажигания 37, 38 или форсунки по дизельному варианту /не показаны/. Перегородки 9, 10 имеют камеры завихрения 39, 40 с отверстиями 41, 42 для выхода сжатой горючей смеси и в них выполнены радиальные пазы 43, 44, обеспечивающие связь камер завихрения с выемками 31, 32 ступицы 30 ротора-поршня 7 для ввода горючей смеси из нагнетательных полостей 35 и 36.
Свечи зажигания 37, 38 /фиг.1, 5/ выполнены с центральными электродами 45, 46 и установлены через регулировочные кольца 47, 48 в отверстиях перегородок 9, 10 с размещением электродов в камерах завихрения 39, 40 напротив резьбовых электродов 49, 50 для получения искры зажигания. Регулировочные кольца 47, 48, служащие одновременно уплотнением, расположены между корпусом 1 и свечами зажигания 37, 38.
Резьбовые электроды 49, 50 установлены на противоположных сторонах лопасти 28 ротора-поршня 7 перпендикулярно к ее боковым поверхностям с зазором “a” между наружным диаметром резьбовых концов этих электродов и центральными электродами 45, 46 свечей зажигания 37, 38 на высоте Н, определяемой из выражения
H=h+h 1=h+L·tgα,
где h - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до боковой поверхности лопасти; h2 - высота от горизонтальной оси ротора-поршня до конца резьбового электрода; L - расстояние от вертикальной оси ротора-поршня до оси резьбового электрода; α - угол поворота ротора-поршня опережения зажигания до ВМТ или НМТ. Величина зазора “а” регулируется с помощью колец 47, 48. Значение h2=L·tg определяется из треугольника ОДЕ /фиг.5/, значение угла α 5°-7° и зазора “а” 0,5-0,8 мм приняты согласно данных для регулировки и контроля автомобилей. /См. “Устройство, обслуживание автомобилей ВАЗ-2105, ВАЗ-2104, ВАЗ-2107 авторов В.А.Вершигора и др. Москва, “Патриот”, 1990, с.17/.
Цилиндрический корпус 1 /фиг.1, 4, 6/ выполнен с диаметрально противоположно расположенными пазами 51, 52 Т-образной формы, в которых размещены стержни 53, 54 с расположенными на них обмотками 55, 56, контактирующие с внутренней поверхностью установленной на них пластиной 57 С-образной формы со впадиной 58 с отверстием 59 в средней ее части для установки свечи 37, выполняющей роль магнитопровода. Для охлаждения обмоток 55, 56 в стержнях 53, 54 выполнены каналы 60, 61, а в пластине 57 два канала 62 и два канала 63 для подвода и отвода охлаждающей жидкости.
Ротор-поршень 7 выполнен из магнитно-твердого материала с радиальным направлением намагниченности относительно его оси качания, корпус 1, крышки 5, 6 и входной вал 8 из немагнитного материала, а корпусные детали - пластина 57 и стержни 53, 54 - из электротехнической стали.
Такая конструкция корпуса 1 и ротора-поршня 7, а также материал, из которого они изготовлены, позволяет использовать их в качестве статора и ротора генератора переменного тока, вырабатывающего собственную электроэнергию для создания электрического разряда между электродами 45, 46 и 49, 50, обеспечивая работу двигателя внутреннего сгорания.
В боковой крышке 6 корпуса 1 выполнено окно 64 для подачи горючей смеси и окно 65 для выхлопа отработавших газов, а также два смотровых окна 66 из жаропрочного стекла, расположенных напротив камер завихрения 39, 40.
В кривошипе 17 /фиг.3/ механизма привода ротора-поршня 7 выполнен паз 67 овальной формы, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль его оси палец 23, позволяющий обеспечить диапазон качания ротора-поршня 7 и соответственно различную степень сжатия горючей смеси в камерах завихрения 39, 40 в зависимости от его длины. Длина паза l выбрана из условия поворота ротора-поршня 7 на угол β и определяется из выражения
где S - путь, пройденный ротором-поршнем при повороте на угол β, определяемый хордой; dпал.кр. - диаметр пальца кривошипа; R - радиус установки кривошипа на выходном валу; β - угол поворота ротора-поршня при перемещении пальца в пазу кривошипа. Значение
определяется из треугольника ОИК /фиг.7/, значение угла β 90°-100° и значение радиуса R кривошипа принято согласно степени сжатия на его шкале, a dпал.кр. paвен ширине паза.
Следовательно, для использования в двигателе различных марок топлива необходимо изменение величины сжатия горючей смеси в камерах завихрения 39, 40, которое достигается изменением угла поворота качающегося ротора-поршня 7 до ВМТ или НМТ и радиуса R установки кривошипа 17 на выходном валу 13 при перемещении его пальца 23 в пазу 67.
Расположение свечей зажигания 37, 38 в отверстиях перегородок 9, 10 и связь их электродов 45, 46 с камерами завихрения 39, 40 позволяет заменить их на форсунки впрыскивания топлива и переоборудовать в дизельный вариант.
Для охлаждения и смазки ротора-поршня 7 /фиг.4/ масляным насосом /не показан/ внутри входного вала 8 с обеих сторон выполнены продольные каналы 68, 69 с установленными в них заглушками 70, 71, соединенные отверстиями 72, 73 со сквозными радиальными каналами 74, 75, выполненными в роторе-поршне 7, которые между собой сообщены продольными отверстиями 76, 77. На входном валу 8 в месте установки подшипников скольжения 25 выполнены кольцевые канавки 78, 79 с радиальными отверстиями 80, 81, обеспечивающими связь с патрубками 82, 83, установленными в крышках 5, 6.
Для обеспечения герметичности двигателя корпус 1 /фиг.1, 3, 4/ соединен с крышками 5, 6 через прокладки 84, 85, а на лопастях 28, 29 ротора-поршня 7 и перегородках 9, 10 установлены подпружиненные пластины 86, 87 и на входном валу 8 - уплотнительные кольца 88.
Двигатель работает по двухтактному циклу следующим образом. При пуске двигателя валу 13 сообщают стартером вращательное движение, которое механизмом привода преобразуется в качательное и передается входному валу 8 и ротору-поршню 7 для поворота на угол β /система пуска не показана/.
При движении ротора-поршня 7 /фиг.8/ по часовой стрелке от ВМТ до НМТ происходит сжатие горючей смеси в рабочей полости 33 и в камере завихрения 40, при этом в нагнетательной полости 36 происходит разряжение, и через окно 64 из карбюратора /не показан/ в нее поступает горючая смесь, в нагнетательной полости 35 происходит сжатие горючей смеси, а затем через выемку 32 в ступице 30 ротора-поршня 7 и радиальный паз 43 она поступает в камеру завихрения 39, осуществляя продувку отработавших газов через отверстие 41 в рабочую полость 34 и окно 65 и заполнение полости свежим зарядом горючей смеси.
Воспламенение горючей смеси в камере завихрения 40 происходит в момент совпадения центрального электрода 45 свечи зажигания 37 с первый витком резьбы электрода 49 при повороте ротора-поршня 7 на начальный угол α опережения зажигания. При этом количество разрядов будет равно количеству витков резьбы электрода 49, совпадающих с центральным электродом 45 при повороте ротора-поршня на угол α.
При движении ротора-поршня 7 /фиг.1, 6/ происходит взаимодействие его со стержнями 53, 54 и пластиной 57 для образования в обмотках 55, 56 переменного электрического тока, который через катушку высокого напряжения /не показана/ используют для создания электрического разряда между электродами 45, 46 и 49, 50 и нужд транспортного средства.
После воспламенения топлива в рабочей полости 33 /фиг.8/ ротор-поршень 7 /фиг.9/ совершает движение против часовой стрелки от НМТ до ВМТ, при этом происходит сжатие горючей смеси в рабочей полости 34 и в камере завихрения 39, а в нагнетательной полости 35 происходит разряжение, и через окно 64 из карбюратора в нее поступает горючая смесь, в нагнетательной полости 36 происходит сжатие горючей смеси, а затем через выемку 31 в ступице 30 ротора-поршня 7 и радиальный паз 44 она поступает в камеру завихрения 40, осуществляя продувку отработавших газов через отверстие 42 в рабочую полость 33 и окно 65 и заполнение полости свежим зарядом горючей смеси.
Воспламенение горючей смеси в камере завихрения 39 происходит в момент совпадения центрального электрода 46 свечи зажигания 38 с первым витком резьбы электрода 50 при повороте ротора-поршня 7 на угол α. При работе двигателя для охлаждения корпуса 1 /фиг.1/, стержней 53, 54, обмоток 55, 56 и пластины 57 охлаждающая жидкость поступает через каналы 62, 63 в каналы 60, 61.
Для смазки и охлаждения ротора-поршня 7 /фиг.4/ смазочно-охлаждающая жидкость поступает в патрубок 82 через отверстия 80 в продольный канал 68 входного вала 8 и через отверстие 72 в сквозной радиальный канал 74, затем через продольные отверстия 76, 77 в радиальный канал 75 и через отверстие 73 в продольный канал 69 вала 8, а затем через отверстие 81 в патрубок 83.
При перестройке двигателя на иную марку топлива производят перестановку и фиксирование с помощью гаек 19 /фиг.3, 7/, пальца 23 в пазу 67 кривошипа 17 по шкале /не показана/, расположенной на этом кривошипе. Цифровая градуировка шкалы соответствует степени сжатия применяемых марок топлива.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем прост в изготовлении и эксплуатации и позволяет использовать его с различной номенклатурой топлива и в дизельном варианте. Кроме того, двигатель надежен при эксплуатации, позволяет увеличить КПД и обеспечить более эффективную работу.
bankpatentov.ru
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем содержит корпус со свечами зажигания и как минимум с двумя радиальными перегородками, боковые крышки, как минимум двухлопастной ротор-поршень, а также выходной вращающийся вал. Ротор-поршень имеет ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов. Двигатель содержит стационарно установленную в центральных опорах боковых крышек опорную ось качающегося на ней ротора-поршня. В полости ротора-поршня размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с кулисным пазом. Кулисный паз расположен в области ступицы качающегося ротора-поршня и сопряжён подвижно с ползуном. Ползун качается на кривошипной шейке выходного вращающегося коленчатого вала. Выходной вал установлен в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно центральных опор боковых крышек в пределах качающегося ротора-поршня. Изобретение направлено на упрощение конструкции, снижение веса и повышение надежности двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к двигателям с качающимися рабочими органами, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении и авиации.
Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами, содержащий корпус с радиальными перегородками; кольцевые рабочие объёмы, ограниченные торцевыми крышками и оснащённые каналами для подвода рабочей смеси и отвода отработавших газов, снабжённый входным качающимся валом с жёстко закреплённым на нём ротором-поршнем и кинематически связанным с вращающимся выходным валом посредством кривошипно-шатунного механизма привода [см. патент ФРГ №3811760 С1 "Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем", МПК 7 F02В 53/00, F01С 9/00, 01.06.89 г.].
Недостатком данной конструкции двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем является недостаточная уравновешенность и неэффективность использования при малых рабочих объёмах.
Известен ДВС с качающимся ротором-поршнем, являющийся наиболее близким прототипом, содержащий корпус с боковыми крышками, радиальными перегородками, кольцевыми камерами нагнетателей и кольцевыми рабочими камерами сгорания с окнами для подвода горючей смеси, отвода отработавших газов и продувки кольцевых рабочих камер свежим зарядом. Лопастной ротор-поршень жёстко закреплён на входном качающемся валу, установленном в центральных подшипниковых опорах боковых крышек корпуса и кинематически связанном с вращающимся выходным валом кривошипно-шатунным механизмом привода [заявка ФРГ №3725277, МПК 7 F01С 9/00, F02В 53/00, 09.02.89 г.].
Недостатком данной конструкции двигателя является сложная конструкция механизма качающегося ротора-поршня, содержащая систему валов с шатунно-кривошипным механизмом привода, усложняющим его конструкцию, увеличивающим габариты, вес, снижающим надежность устройства и долговечность эксплуатации.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя, снижение веса и повышение надёжности эксплуатации.
Поставленная задача решается таким образом, что двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем выполнен содержащим корпус со свечами зажигания и как минимум с двумя радиальными перегородками, боковыми крышками, как минимум с двухлопастным ротором-поршнем, имеющим ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал. Согласно изобретению двигатель содержит стационарно установленную в центральных опорах боковых крышек опорную ось качающегося на ней ротора-поршня, в полости которого размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с кулисным пазом, расположенным в области ступицы качающегося ротора-поршня, сопряжённым подвижно с ползуном, качающимся на кривошипной шейке выходного вращающегося коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно центральных опор боковых крышек в пределах качающегося ротора-поршня.
На фиг. 1 изображён двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, вид спереди; на фиг. 2 - вид сбоку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, представленный на фиг. 1, 2, 3 и 4, содержит корпус 1 с боковыми крышками 2, четырьмя радиальными перегородками 3 и четырёхлопастным ротором-поршнем 4, качающимся на оси 5, установленной в центральных опорах 6 боковых крышек 2. Ротор-поршень 4 содержит лопасти нагнетания 7 и 8, расположенные в камерах нагнетателей 9, 10, 11 и 12, рабочие лопасти 13 и 14, расположенные в рабочих камерах сгорания 15, 16, 17 и 18 и ступицу 19 с размещённым в ней приводным кулисным пазом 20 и выемками 21. В полости ротора-поршня 4 размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с выходным вращающимся коленчатым валом 22, установленным в коренных подшипниковых опорах 23 боковых крышек 2 корпуса 1 (см. фиг. 3 и 4), смещённых относительно центральных подшипниковых опор 6 боковых крышек 2. На кривошипной шейке 24 выходного коленчатого вала 22 установлен качающийся ползун 25 (см. фиг. 3, 4), подвижно сопряжённый с кулисным пазом 20, расположенным в ступице 19 четырёхлопастного ротора-поршня 4. Выемки 21 ступицы 19 четырёхлопастного ротора-поршня 4 периодически образуют с радиальными перегородками 3 перепускные каналы 26, предназначенные для продувки рабочих камер 15, 16, 17 и 18 (см. фиг. 3). Цилиндрический корпус 1 снабжен верхним 27 и нижним 28 входными каналами для поступления в камеры нагнетателей 9, 10, 11 и 12 горючей смеси. Корпус 1 снабжён также выходными каналами 29 и 30 для выпуска из рабочих камер 15, 16, 17 и 18 отработавших газов. Рабочие камеры 15, 16, 17 и 18 снабжены свечами зажигания 31. Боковые крышки 2 крепятся к корпусу 1 с двух сторон шпильками 32 с гайками 33.
Работа двухтактного двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем заключается в следующем. За один оборот коленчатого вала 22 и два угловых колебания качающегося ротора-поршня 4 совершается рабочий цикл двигателя, т.е. рабочий ход, продувка рабочих камер 15, 16, 17 и 18 горючей смесью из камер нагнетателей 9, 10, 11 и 12, повторное их наполнение горючей смесью и сжатие. При запуске двигателя стартёром коленчатый вал 22 действует ползуном 25 кривошипной шейки 24 на кулисный паз 20 ротора-поршня 4 и заставляет его качаться на оси 5. Качаясь на оси 5, ротор-поршень 4 занимает поочерёдно крайние положения, границей которых являются н.м.т. и в.м.т. На фиг. 3 представлен разрез двигателя в положении рабочих органов, когда рабочая лопасть 13 ротора-поршня 4 находится в н.м.т., а лопасть 14 в в.м.т. При этом происходит открытие перепускных каналов 26, входных каналов 27 и 28 и выходных каналов 29 и 30. В рабочих камерах 15 и 16 начинается рабочий ход, а в рабочих камерах 17 и 18 заканчивается продувка и начинается сжатие рабочей смеси, а в камерах нагнетателей 11 и 12 заканчивается наполнение свежей горючей смесью. Затем цикл периодически повторяется.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус со свечами зажигания и минимум как с двумя радиальными перегородками, боковые крышки, минимум как двухлопастной ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал, отличающийся тем, что двигатель содержит стационарно установленную в центральных опорах боковых крышек опорную ось качающегося на ней ротора-поршня, в полости которого размещено устройство, выполненное в виде кривошипно-кулисного механизма с кулисным пазом, расположенным в области ступицы качающегося ротора-поршня, сопряжённым подвижно с ползуном, качающимся на кривошипной шейке выходного вращающегося коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно центральных опор боковых крышек в пределах качающегося ротора-поршня.
bankpatentov.ru
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус как минимум с двумя радиальными перегородками и со свечами зажигания, боковые крышки, как минимум двухлопастной ротор-поршень, выходной вал. Ротор-поршень имеет ступицу с выемками. Выемки образуют с перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания. Двигатель содержит соосно расположенные в ряд как минимум один дополнительный корпус с промежуточной боковой крышкой и качающимся ротором-поршнем, а также стационарно установленную в центральных опорах боковых и промежуточных крышек опорную ось с качающимися на ней роторами-поршнями. В полости роторов-поршней размещены устройства кривошипно-кулисных механизмов. Кулисные пазы расположены в области ступиц роторов-поршней и сопряжены подвижно с ползунами. Ползуны качаются на кривошипных шейках выходного как минимум двухкривошипного коленчатого вала. Коленчатый вал установлен в коренных подшипниковых опорах боковых и промежуточных крышек. Коренные опоры смещены относительно центральных опор в пределах роторов-поршней. Изобретение направлено на упрощение конструкции, снижение веса и габаритов, а также повышение уравновешенности двигателя. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно к двигателям с качающимися рабочими органами, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении и авиации.
Известны двигатели внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами, содержащие корпус с радиальными перегородками, кольцевые рабочие объёмы, ограниченные торцевыми крышками и оснащённые каналами для подвода рабочей смеси и отвода отработавших газов, снабжённые входным качающимся валом с жёстко закреплённым на нём ротором-поршнем, кинематически связанным с вращающимся выходным валом посредством механизма привода [см. а.с. СССР №1442683 «Роторный двигатель внутреннего сгорания», МПК7 F02В 53/00 и заявка ФРГ №3725277, МПК7 F01С 9/00, F02В 53/00].
К недостаткам двигателей внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами относятся сложность и громоздкость их конструкции, обусловленная ограниченной надёжностью в эксплуатации.
Известен ДВС с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус с боковыми крышками, радиальными перегородками, камерами нагнетателей и рабочими камерами сгорания, с окнами для подвода горючей смеси, отвода отработавших газов и продувки рабочих камер свежим зарядом. Лопастной ротор-поршень жёстко закреплён на входном качающемся валу, установленном в центральных подшипниковых опорах боковых крышек корпуса и кинематически связанном с вращающимся выходным валом кривошипно-шатунным механизмом [Патент RU № 2249701 С1, МПК7 F01С 9/00 «ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМСЯ РОТОРОМ - ПОРШНЕМ»].
Недостатком данной конструкции двигателя является сложность устройства качающегося ротора-поршня, содержащего систему валов с шатунно-кривошипным механизмом и обладающего значительной сложностью, большими габаритами, весом, и низкой уравновешенностью, что приводит к снижению надежности и долговечности двигателя при его эксплуатации.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции двигателя, снижение его веса, габаритов и обеспечение полной уравновешенности.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус как минимум с двумя радиальными перегородками и со свечами зажигания, боковые крышки, как минимум двухлопастной качающийся ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями качающегося ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал. Согласно изобретению двигатель содержит соосно расположенные в ряд как минимум один дополнительный корпус с промежуточной боковой крышкой и качающимся ротором-поршнем, а также стационарно установленную в центральных опорах боковых и промежуточных крышек опорную ось с качающимися на ней как минимум двумя качающимися роторами-поршнями, в полости которых размещены устройства кривошипно-кулисных механизмов с кулисными пазами, расположенными в области ступиц качающихся роторов-поршней, при этом кулисные пазы качающихся роторов-поршней сопряжены подвижно с ползунами, качающимися на кривошипных шейках выходного вращающегося как минимум двухкривошипного коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах боковых и промежуточных крышек, смещённых относительно их центральных опор в пределах качающихся роторов-поршней.
На Фиг. 1, 2, 3 и 4 представлена конструкция двигателя внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем. На Фиг. 1 и 2 представлены виды спереди и сбоку. На Фиг. 3 и 4 поперечный А-А и продольный В-В разрезы.
Двигатель содержит четыре рядно расположенных корпуса 1 с двумя радиальными перегородками 2, свечами зажигания 3, окнами 4, 5 для впуска рабочей смеси и окнами 6 для выпуска отработавших газов. Двигатель также содержит две боковые крышки 7 и три промежуточные боковые крышки 7а. Корпуса 1, боковые крышки 7 и промежуточные крышки 7а жестко соединены между собою посредством шпилек 8. Боковые крышки 7 и промежуточные боковые крышки 7а содержат центральные опоры 9 и смещённые относительно них коренные подшипниковые опоры 10. В корпусах 1 с двумя радиальными перегородками размещены двухлопастные качающиеся роторы-поршни 12 двухсторонней работы, шарнирно опирающиеся своими ступицами 13 на опорную ось 14, стационарно установленную в центральных опорах 9 боковых крышек 7 и промежуточных боковых крышек 7а. Двухлопастные качающиеся роторы-поршни 12 в области ступиц 13 содержат кулисные пазы 15. В коренных подшипниковых опорах 10 боковых крышек 7 и промежуточных крышек 7а установлен выходной вращающийся четырехкривошипный коленчатый вал 16, на кривошипных шейках 17 которого установлены качающиеся ползуны 18, подвижно сопряжённые с кулисными пазами 15 качающихся роторов-поршней 12, образуя кривошипно-кулисные механизмы. Четырёхкорпусная конструкция двигателя с четырьмя качающимися роторами-поршнями 12 с четырехкривошипным коленчатым валом 16 является абсолютно уравновешенной. Для упрощения сборки двигателя двухлопастные качающиеся роторы-поршни 12 и ползуны 18 выполнены разъёмными (не показано). Как следует из Фиг. 4, каждый корпус 1 содержит две рабочих камеры сгорания 19, 20 и камеры нагнетателей 21 и 22. Каждый качающийся ротор-поршень 12 содержит рабочую лопасть С и вспомогательную лопасть Д. Рабочая лопасть С является общей для рабочих камер сгорания 19 и 20, а вспомогательная лопасть Д - общей для камер нагнетателей 21 и 22.
Работа предлагаемой конструкции двигателя по двухтактному циклу заключается в следующем. В двигателе (см. Фиг. 1-.4), содержащем корпуса 1 с двумя рабочими камерами сгорания 19, 20 и двумя камерами нагнетателей 21, 22 , протекают процессы в следующем порядке. Рабочие процессы в рабочих камерах сгорания 19, 20 смещены относительно друг друга на пол-оборота (180°) вращающегося кривошипного коленчатого вала 16. Полный рабочий цикл в каждой отдельно взятой рабочей камере 19, 20 происходит за один оборот коленчатого вала 16. При этом в каждой рабочей камере сгорания совершаются процессы рабочего хода, продувки, повторного наполнения их рабочей смесью и сжатия. На Фиг.4 зафиксировано положение лопастей С и Д качающегося ротора-поршня 12 в камерах нагнетателей 21, 22 и рабочих камерах сгорания 19, 20 корпуса 1. При движении (качании) вспомогательной лопасти Д рабочего ротора-поршня 12 (см. разрез В-В на Фиг.4 третьего корпуса 1) в неполное крайнее левое положение [кривошипы коленчатого вала 16 ещё не достигли в.м.т. и н.м.т.] в камере нагнетателя 22 образовалось разрежение, благодаря которому через открытые окна 5 произойдёт впуск рабочей смеси, засасываемой через карбюратор (не показан) в полость камеры нагнетателя 22. В это время в рабочей камере сгорания 20 с рабочей лопастью С готовится воспламенение рабочей смеси от свечи 3 с дальнейшим её расширением во время рабочего хода. Впускное окно 4 закрыто. В камере нагнетателя 21 заканчивается вытеснение сжатой рабочей смеси для продувки и наполнения ею рабочей камеры сгорания 19 в конце рабочего хода с последующим выпуском отработавших газов через выпускное окно 6 в атмосферу. Когда вспомогательная лопасть Д займёт крайнее левое положение в камере нагнетателя 21, через открытое впускное окно 5 произойдёт впуск топливовоздушной смеси в камеру нагнетания 22 для сжатия, продувки и наполнения ею камеры сгорания 20 в конце рабочего хода. После этого откроется выпускное окно 6 и произойдёт выпуск отработавших газов из камеры сгорания 20 в атмосферу. Во втором и четвёртом корпусах 1 двигателя смещены качающиеся роторы-поршни 12 на величину угла их качания по отношению к роторам-поршням первого и третьего корпусов. Затем двухтактный цикл во всех рабочих камерах сгорания двигателя повторится.
Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем, содержащий корпус как минимум с двумя радиальными перегородками и со свечами зажигания, боковые крышки, как минимум двухлопастной ротор-поршень, имеющий ступицу с выемками, образующими с радиальными перегородками корпуса каналы для перепуска рабочей смеси, а с лопастями ротора-поршня - камеры нагнетателей и рабочие камеры сгорания с окнами для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов, а также выходной вращающийся вал, отличающийся тем, что двигатель содержит соосно расположенные в ряд как минимум один дополнительный корпус с промежуточной боковой крышкой и качающимся ротором-поршнем, а также стационарно установленную в центральных опорах боковых и промежуточных крышек опорную ось с качающимися на ней как минимум двумя качающимися роторами-поршнями, в полости которых размещены устройства кривошипно-кулисных механизмов с кулисными пазами, расположенными в области ступиц качающихся роторов-поршней, при этом кулисные пазы качающихся роторов-поршней сопряжены подвижно с ползунами, качающимися на кривошипных шейках выходного вращающегося как минимум двухкривошипного коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах боковых и промежуточных крышек, смещенных относительно их центральных опор в пределах качающихся роторов-поршней.
bankpatentov.ru
Изобретение относится к двигателестроению. Колебательный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с кольцевой рабочей камерой, рабочий вал, вал отбора мощности, по меньшей мере, две лопасти с уплотнителями и стартер. В рабочей камере расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с уплотнителями. Лопасти расположены оппозитно и образуют полости в рабочей камере. Каждая из полостей включает в себя камеру зажигания с клапаном впуска горючей смеси, клапаном выпуска отработавших газов и свечой зажигания. Двигатель включает механизм преобразования качания рабочего вала во вращательное движение вала отбора мощности с двумя одинаковыми обгонными муфтами и реверсивной муфтой. Входные звенья обгонных муфт соединены с окончаниями рабочего вала, выступающими с двух сторон корпуса. Выходное звено одной обгонной муфты соединено с одним окончанием вала отбора мощности. Выходное звено стартера соединено с окончанием рабочего вала. Вал отбора мощности подвижно размещен внутри полого рабочего вала. На рабочий вал жестко установлена ступица с лопастями, соприкасающаяся с уплотнителями перегородок. Выходное звено другой обгонной муфты соединено с входным звеном реверсивной муфты. Выходное звено реверсивной муфты соединено с другим окончанием вала отбора мощности. Каждая камера зажигания ограничена изогнутой частью перегородки. Изобретение направлено на упрощение конструкции, уменьшение габаритов и массы двигателя. 10 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с качающимися рабочими органами, в частности к бесшатунным, бескривошипным двигателям, и может быть использовано в любых наземных и водных транспортных средствах, автономных генераторах электрической энергии.
Известен «Двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем». Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с двумя камерами сгорания, снабженными крышками с ребрами жесткости. В центре корпуса установлен пустотелый вал, закрепленный на подшипниках, размещенных по центрам крышек и в стенке картера. На пустотелом валу жестко оппозитно закреплены два поршня прямоугольной формы. По периметру поршни уплотнены лабиринтом. Камеры сгорания двухсторонние, так как снабжены клапанами впуска, выпуска и форсунками, расположенными между клапанами с обеих сторон. В полостях между крышками, корпусом и камерами сгорания размещены газораспределительные валики, получающие вращение от шестерни, сидящей на коленчатом валу. На вал через шлицевое соединение закреплен рычаг с шатуном, связанным с коленчатым валом. Для стыковки модулей внутри полого вала выполнены шлицы. В предлагаемой конструкции две камеры сгорания соответствуют четырехцилиндровому двигателю /См. патент РФ № 2144142 С1 , «Двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем», МПК 7 F02В 53/00, 20.07.1998 г./.
Недостатком этого двигателя является сложность и громоздкость его конструкции, вызванная наличием кривошипно-шатунного механизма в приводе ротора-поршня в качестве преобразователя возвратно-поступательного углового движения входного вала во вращательное движение выходного вала.
Известен также «Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем». Двигатель содержит корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой и камерами завихрения, выполненными в перегородках. На входном валу установлен качающийся ротор-поршень из магнитотвердого материала, имеющий ступицу с лопастями, образующими с перегородками две рабочие и две нагнетательные полости. Механизм привода ротора-поршня включает кривошипно-шатунный механизм. Корпус выполнен с диаметрально противоположными пазами Т-образной формы, внутри которых размещены стержни из электротехнической стали с обмотками, контактирующие с внутренней поверхностью, охватывающей их пластины из электротехнической стали С-образной формы. В перегородках выполнены радиальные пазы, имеющие выход в камеры завихрения. Центральные электроды свечей укреплены в перегородках и введены в камеры завихрения /См. патент РФ № 2249701 С1, «Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем», МПК 7 F01С 9/00, 21.07.2003 г./.
Недостатком этого двигателя является сложность его конструкции, вызванная наличием кривошипно-шатунного механизма в приводе ротора-поршня в качестве преобразователя возвратно-поступательного углового движения входного вала во вращательное движение выходного вала, а также разделение внутреннего объема кольцевой камеры на две рабочие и две нагнетательные полости, что усложняет конструкцию перегородок из-за необходимости выполнения в них радиальных пазов и требует дополнительных временных затрат по переливу горючей смеси из нагнетательной полости в рабочую полость.
Известен «Роторный двигатель внутреннего сгорания», содержащий корпус с концентрично установленным в нем с образованием четырех рабочих камер двухлопастным качающимся ротором, механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала, а также газораспределительное устройство. На конце выходного вала, обращенном к валу ротора, закреплены две отдельно расположенные соосные цилиндрические шестерни. Механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала содержит коромысло, закрепленное на конце вала ротора, соосно с ним расположенное и имеющее на концах два паза. При этом одна из шестерен выходного вала имеет диаметрально противоположные сцепления с двумя зубчатыми колесами для ее попеременного привода во вращение в одну сторону. Причем на ступицах приводных зубчатых колес смонтированы два пальца с возможностью их попеременного входа в пазы при качательном движении вала ротора и поворота при этом приводных зубчатых колес и шестерни вместе с выходным валом. Газораспределительное устройство выполнено в виде бесклапанного механизма /См. патент РФ № 2315874 С1, «Роторный двигатель внутреннего сгорания», МПК F02В 53/00 (2006.01), F01С 9/00 (2006.01), 24.05.2006 г./.
Недостатком известного роторного двигателя внутреннего сгорания является сложность, а следовательно, невысокая надежность в работе и громоздкость механизма преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала.
Известен также «Колебательный двигатель внутреннего сгорания», который является наиболее близким аналогом-прототипом заявленного изобретения. Двигатель состоит из двух одинаковых корпусов, каждый из которых содержит вал ротора с лопастями с образованием четырех полостей. С одной стороны каждого корпуса крепится топливораспределитель с клапанами впуска, а с другой стороны - газораспределитель с клапанами выпуска. С каждой стороны корпуса расположены по одной обгонной муфте, которые преобразуют колебательное движение валов роторов во вращательное движение двух выходных валов двигателя, вращающихся в противоположные стороны /См. патент РФ № 2247248 С2, «Колебательный двигатель внутреннего сгорания»», МПК 7 F01С 9/00, 05.09.2002 г./.
Недостатками этого двигателя являются сложность и громоздкость его конструкции за счет удвоения количества всех его основных составных узлов и повышенная потеря тепла в стенках камеры сгорания из-за большой площади образующих ее поверхностей лопасти и перегородки, обусловленных их длиной от рабочего вала до внутренней цилиндрической поверхности корпуса и прямолинейностью перегородки.
Задачей изобретения являются упрощение конструкции, уменьшение габаритов, массы двигателя и снижение потери тепла в камере сгорания.
Колебательный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой, ограниченной с торцов боковыми крышками, в которой расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с уплотнителями, рабочий вал, вал отбора мощности, по меньшей мере, две оппозитно расположенные в поперечной рабочему валу плоскости лопасти с уплотнителями в них, образующая каждая в кольцевой рабочей камере с перегородками две полости с изменяющейся объемной величиной, каждая из которых включает в себя камеру зажигания, ограниченную корпусом, перегородкой и одной стороной лопасти, с установленными в корпусе клапаном впуска горючей смеси топливораспределителя, клапаном выпуска отработавших газов газораспределителя и свечей зажигания, причем уплотнители в торцах лопастей соприкасаются со стенками полостей, механизм преобразования качания рабочего вала во вращательное движение вала отбора мощности с двумя одинаковыми обгонными муфтами, входные звенья которых соединены непосредственно с окончаниями рабочего вала, выступающими с двух сторон корпуса, а выходное звено одной из них соединено непосредственно с одним окончанием вала отбора мощности, стартер, выходное звено которого соединено с окончанием рабочего вала, причем вал отбора мощности подвижно размещен внутри полого рабочего вала, на который жестко установлена ступица с лопастями, соприкасающаяся с уплотнителями перегородок, а в механизм преобразования качания рабочего вала во вращательное движение вала отбора мощности введена реверсивная муфта, выходное звено другой обгонной муфты соединено с входным звеном реверсивной муфты, выходное звено которой непосредственно соединено с другим окончанием вала отбора мощности, причем каждая камера зажигания ограничена изогнутой частью перегородки.
Заявленное изобретение поясняется при помощи чертежей:
- на фиг. 1 представлен поперечный разрез А-А двигателя в перпендикулярной валу отбора мощности плоскости, системы впуска горючей смеси, топливораспределения, выпуска отработавших газов, газораспределения и электрического зажигания не показаны,
- на фиг. 2 представлен вид двигателя сверху,
- на фиг. 3 представлен вид А с расположением клапанов 12, 13 и свечи зажигания 14,
- на фиг. 4 представлено уплотнение 9 между корпусом 1 и лопастью 8,
- на фиг. 5 и 6 представлено уплотнение 5 между перегородкой 4 и ступицей 22,
- на фиг. 7, 8, 9, 10 схематично представлены последовательности прохождения всех четырех тактов рабочего процесса за один цикл с четырьмя качаниями ступицы 22 с лопастями 8. Поджиг горючей смеси в каждой камере зажигания 11 отмечен символом *.
Колебательный двигатель внутреннего сгорания, содержит корпус 1 с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой 2, ограниченной с торцов боковыми крышками 3. В ней расположены жестко закрепленные к корпусу 1 перегородки 4 с уплотнителями 5. Перегородки 4 разделяют кольцевую камеру 2 на четыре полости. В двух полостях 10 оппозитно расположены, в поперечной рабочему валу 6 плоскости, лопасти 8. Стенки полостей 10 образованы частью корпуса 1 и перегородками 4. α - центральный угол между прямыми участками перегородок 4 в полостях 10. Удаленные от рабочего вала 6 участки перегородок 4 в полости 10 отогнуты в противоположные стороны на угол β в пределах 5-15 градусов. Вал отбора мощности 7 подвижно размещен внутри полого рабочего вала 6. На нем жестко установлена ступица 22 с, по меньшей мере, двумя лопастями 8 с уплотнителями 9 между их торцами, корпусом 1 и перегородками 4, см. фиг. 2, 4. Уплотнители 5 перегородок 4 прижаты к ступице 22, см. фиг 5 и 6. В полостях 10 лопасти 8 на ступице 22 имеют возможность ограниченного перегородками 4 углового колебания на валу отбора мощности 7, в поперечной рабочему валу 6 плоскости, в пределах центрального угла α. Форма лопастей 8 и поперечного сечения полостей 10 может быть произвольной, например прямоугольной, трапецеидальной, полукруглой. Лопасти 8 делят каждую полость 10 на две части с изменяющимися обратно пропорционально объемными величинами при угловом колебании лопасти 8. Каждая часть полости 10 включает в себя камеру зажигания 11 с установленными в корпусе 1 клапаном впуска 12 горючей смеси топливораспределителя, клапаном выпуска 13 отработавших газов газораспределителя и свечу зажигания 14, см. фиг. 3. Камера зажигания 11, в каждой части полости 10, ограничена изогнутой частью перегородки 4, корпусом 1 и крайним угловым положением лопастей 8, обозначенными на фиг. 1 штрихпунктирными линиями. Механизм преобразования качания рабочего вала 6 во вращательное движение вала отбора мощности 7 состоит из реверсивной муфты 23 и двух одинаковых обгонных муфт 15, входные звенья 16 которых соединены непосредственно с окончаниями 17 рабочего вала 6, выступающими с двух сторон корпуса 1. Выходное звено 18 одной обгонной муфты 15 соединено непосредственно с одним окончанием вала 19 отбора мощности 7. Выходное звено 18 другой обгонной муфты 15 соединено с входным звеном 24 реверсивной муфты 23, выходное звено 25 которой непосредственно соединено с другим окончанием вала 19 отбора мощности 7. В стартере 20 выходное звено 21 с угловым колебанием соединено с окончанием 17 рабочего вала 6.
В качестве стартера 20 может быть использован шаговый электрический двигатель, управляемый последовательностью импульсов, задающих при запуске двигателя угловые колебания выходного звена 21 и соединенного с ним окончания 17 рабочего вала 6.
Обгонная муфта 15 без проскальзывания передает вращающий момент с входного звена 16 на выходное звено 18 при вращении входного звена 16, например, по часовой стрелке, если смотреть на обгонную муфту 15 со стороны входного звена 16. При вращении входного звена 16 против часовой стрелки обгонная муфта 15 переходит в режим свободного хода, при котором входное 16 и выходное 18 звенья кинематически не связаны.
Реверсивная муфта 23 - передаточное устройство, которое изменяет направление вращения выходного звена 25 относительно входного звена 24 с сохранением передаточного отношения равным единице. Реверсивная муфта 23 может быть выполнена, например, в виде планетарной передачи с коническими колесами и неподвижными осями сателлитов.
Для увеличения в два раза литража колебательного двигателя внутреннего сгорания, суммарного объема полостей 10, без увеличения его размеров, число пар лопастей может быть увеличено в два раза. При этом вторая пара лопастей 8 должна быть ортогональна первой паре лопастей 8 и расположена во второй паре полостей 10. Работа второй пары лопастей 8 должна быть синхронной с работой первой пары лопастей 8.
Двигатель работает по четырехтактному циклу следующим образом. При пуске двигателя стартером 20 его выходное звено 21 передает колебательное вращение рабочему валу 6 и закрепленной на нем ступице 22 с лопастями 8, совершающими каждая качание от одной перегородки 4 до другой перегородки 4 в своей полости 10 в пределах центрального угла α. Лопасти 8 совершают несколько насосных ходов в полостях 10. В дальнейшем в каждой полости 10 проходят поочередно, с временным сдвигом, последовательные такты: рабочий ход, выпуск, впуск, сжатие.
Допустим, пара лопастей 8 находится в полости 10 в исходном крайнем угловом положении против часовой стрелки, см. фиг. 7. При этом клапаны 12, 13 в камере зажигания 11, под левой лопастью 8, закрыты, на фиг. 7 не показаны, а горючая смесь в этой камере зажигания 11 сжата; в полости 10, над левой лопастью 8, клапан 12 закрыт, клапан 13 открыт, а в ней находится отработавший газ; в камере зажигания 11 с остатком отработавшего газа, над правой лопастью 8, клапан 12 открыт, клапан 13 закрыт; в полости 10, под правой лопастью 8 , клапаны 12, 13 закрыты, а в ней находится горючая смесь.
В первом такте, см. фиг. 7, рабочий ход левой лопасти 8 в левой полости 10 осуществляется за счет поджига сжатой горючей смеси свечей зажигания 14 в камере зажигания 11 под левой лопастью 8 и расширения под нею в части полости 10 продуктов сгорания горючей смеси. За счет этого рабочий вал 6 начинает вращение по часовой стрелке. Выпуск отработавших газов из части полости 10 над левой лопастью 8 осуществляется через открытый клапан выпуска 13 отработавших газов при закрытом клапане впуска 12 горючей смеси камеры зажигания 11 над левой лопастью 8. Впуск горючей смеси в часть полости 10 над правой лопастью 8 осуществляется при открытом клапане впуска 12 горючей смеси и закрытом клапане выпуска 13 отработавших газов камеры зажигания 11 над правой лопастью 8. Сжатие горючей смеси в части полости 10 под правой лопастью 8 осуществляется при закрытых клапанах 12 и 13 камеры зажигания 11 под правой лопастью 8. Рабочий вал 6 со ступицей 22 и лопастями 8 завершает поворот на угол α по часовой стрелке и останавливается в крайнем для лопасти 8 положении. Горючая смесь в камере зажигания 11 под правой лопастью 8 сжата, см. фиг. 8. Во время этого такта вращения рабочего вала 6 по часовой стрелке входное звено 16 верхней на фиг. 2 обгонной муфты 15 поворачивается по часовой стрелке и передает вращающий момент со своего входного звена 16 на свое выходное звено 18 и верхнее на фиг. 2 окончание 19 вала отбора мощности 7, обеспечивая его поворот по часовой стрелке на угол α. Во время этого такта нижняя на фиг. 2 обгонная муфта 15 находится в режиме свободного хода, поскольку ее входное звено 16 вращается против часовой стрелки.
Во втором такте, см. фиг. 8, рабочий ход правой лопасти 8 правой полости 10 осуществляется за счет поджига сжатой горючей смеси свечей зажигания 14 в камере зажигания 11 под правой лопастью 8 и расширения над нею в части полости 10 продуктов сгорания горючей смеси. За счет этого рабочий вал 6 начинает вращение против часовой стрелки. Выпуск отработавших газов из части полости 10 под левой лопастью 8 осуществляется через открытый клапан выпуска 13 отработавших газов при закрытом клапане впуска 12 горючей смеси в камере зажигания 11 под левой лопастью 8. Впуск горючей смеси в часть полости 10 над левой лопастью 8 осуществляется при открытом клапане впуска 12 горючей смеси и закрытом клапане выпуска 13 отработавших газов в камере зажигания 11 над левой лопастью 8. Сжатие горючей смеси в части полости 10 над правой лопастью 8 осуществляется при закрытых клапанах 12 и 13 в камере зажигания 11 над правой лопастью 8. Рабочий вал 6 со ступицей 22 и лопастями 8 завершает поворот на угол α против часовой стрелки и останавливается в крайнем для лопасти 8 положении. Горючая смесь в камере зажигания 11 над правой лопастью 8 сжата, см. фиг. 9. Во время этого такта вращения рабочего вала 6 против часовой стрелки входное звено 16 нижней на фиг. 2 обгонной муфты 15 поворачивается по часовой стрелке и передает вращающий момент со своего входного звена 16 на свое выходное звено 18 и входное звено 24 реверсивной муфты 23. Выходное звено 24 реверсивной муфты 23 в свою очередь передает вращающий момент с обратным знаком окончанию 19 вала 7 отбора мощности, обеспечивая его вращение по часовой стрелке еще на угол α . Во время этого такта верхняя на фиг. 2 обгонная муфта 15 находится в режиме свободного хода, поскольку ее входное звено 16 вращается против часовой стрелки.
В третьем такте, см. фиг. 9, рабочий ход правой лопасти 8 в правой полости 10 осуществляется за счет поджига сжатой горючей смеси свечей зажигания 14 в камере зажигания 11 над правой лопастью 8 и расширения над нею в части полости 10 продуктов сгорания горючей смеси. За счет этого рабочий вал 6 начинает вращение по часовой стрелке. Выпуск отработавших газов из части полости 10 под правой лопастью 8 осуществляется через открытый клапан выпуска 13 отработавших газов при закрытом клапане впуска 12 горючей смеси камеры зажигания 11 под правой лопастью 8. Впуск горючей смеси в часть полости 10 под левой лопастью 8 осуществляется при открытом клапане впуска 12 горючей смеси и закрытом клапане выпуска 13 отработавших газов в камере зажигания 11 под левой лопастью 8. Сжатие горючей смеси в части полости 10 над левой лопастью 8 осуществляется при закрытых клапанах 12 и 13 в камере зажигания 11 над левой лопастью 8. Рабочий вал 6 со ступицей 22 и лопастями 8 завершает поворот на угол α по часовой стрелке и останавливается в крайнем для лопасти 8 положении. Горючая смесь в камере зажигания 11 над левой лопастью 8 сжата, см. фиг. 10. Во время этого такта вращения рабочего вала 6 по часовой стрелке входное звено 16 верхней на фиг. 2 обгонной муфты 15 поворачивается по часовой стрелке и передает вращающий момент со своего входного звена 16 на свое выходное звено 18 и верхнее на фиг. 2 окончание 19 вала отбора мощности 7, обеспечивая его поворот по часовой стрелке еще на угол α. Во время этого такта нижняя на фиг. 2 обгонная муфта 15 находится в режиме свободного хода, поскольку ее входное звено 16 вращается против часовой стрелки.
В четвертом такте, см. фиг. 10, рабочий ход лопасти 8 в левой части полости 10 осуществляется за счет поджига сжатой горючей смеси свечей зажигания 14 в камере зажигания 11 над левой лопастью 8 и расширения над нею в части полости 10 продуктов сгорания горючей смеси. За счет этого рабочий вал 6 начинает вращение против часовой стрелки. Выпуск отработавших газов из части полости 10 над правой лопастью 8 осуществляется через открытый клапан выпуска 13 отработавших газов при закрытом клапане впуска 12 горючей смеси в камере зажигания 11 над правой лопастью 8. Впуск горючей смеси в часть полости 10 под правой лопастью 8 осуществляется при открытом клапане впуска 12 горючей смеси и закрытом клапане выпуска 13 отработавших газов в камере зажигания 11 под правой лопастью 8. Сжатие горючей смеси в части полости 10 под левой лопастью 8 осуществляется при закрытых клапанах 12 и 13 в камере зажигания 11 под левой лопастью 8. Рабочий вал 6 со ступицей 22 и лопастями 8 завершает поворот на угол α против часовой стрелки и останавливается в крайнем для лопасти 8 положении. Горючая смесь в камере зажигания 11 под левой лопастью 8 сжата, см. фиг. 7. Во время этого такта вращения рабочего вала 6 против часовой стрелки входное звено 16 нижней на фиг. 2 обгонной муфты 15 поворачивается по часовой стрелке и передает вращающий момент со своего входного звена 16 на свое выходное звено 18 и входное звено 24 реверсивной муфты 23. Выходное звено 24 реверсивной муфты 23 в свою очередь передает вращающий момент с обратным знаком окончанию 19 вала 7 отбора мощности, обеспечивая его вращение по часовой стрелке еще на угол α . Во время этого такта верхняя на фиг. 2 обгонная муфта 15 находится в режиме свободного хода, поскольку ее входное звено 16 вращается против часовой стрелки.
Таким образом, вал отбора мощности 7 за четыре такта качания рабочего вала 6 со ступицей 22 и лопастями 8 поворачивается по часовой стрелке на угол 4α. Цикличное повторение тактов качания рабочего вала 6 обеспечивает непрерывное вращение вала отбора мощности 7 по часовой стрелке.
Указанное конструктивное решение позволяет устранить дублирование основных составных узлов, упростить конструкцию, уменьшить габариты и массу двигателя, тепловые потери тепла в камере сгорания.
Источники информации
1. RU № 2144142, 20.07.1998 г. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем.
2. RU № 2249701, 21.07.2003 г. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся ротором-поршнем.
3. RU № 2315874, 24.05.2006 г. Роторный двигатель внутреннего сгорания.
4. RU № 2247248, 05.09.2002 г. Колебательный двигатель внутреннего сгорания.
Колебательный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с выполненной в нем кольцевой рабочей камерой, ограниченной с торцов боковыми крышками, в которой расположены жестко закрепленные к корпусу перегородки с уплотнителями, рабочий вал, вал отбора мощности, по меньшей мере, две оппозитно расположенные в поперечной рабочему валу плоскости лопасти с уплотнителями в них, образующая каждая в кольцевой рабочей камере с перегородками две полости с изменяющейся объемной величиной, каждая из которых включает в себя камеру зажигания, ограниченную корпусом, перегородкой и одной стороной лопасти, с установленными в корпусе клапаном впуска горючей смеси топливораспределителя, клапаном выпуска отработавших газов газораспределителя и свечой зажигания, причем уплотнители в торцах лопастей соприкасаются со стенками полостей, механизм преобразования качания рабочего вала во вращательное движение вала отбора мощности с двумя одинаковыми обгонными муфтами, входные звенья которых соединены непосредственно с окончаниями рабочего вала, выступающими с двух сторон корпуса, а выходное звено одной из них соединено непосредственно с одним окончанием вала отбора мощности, стартер, выходное звено которого соединено с окончанием рабочего вала, отличающийся тем, что вал отбора мощности подвижно размещен внутри полого рабочего вала, на который жестко установлена ступица с лопастями, соприкасающаяся с уплотнителями перегородок, а в механизм преобразования качания рабочего вала во вращательное движение вала отбора мощности введена реверсивная муфта, выходное звено другой обгонной муфты соединено с входным звеном реверсивной муфты, выходное звено которой непосредственно соединено с другим окончанием вала отбора мощности, причем каждая камера зажигания ограничена изогнутой частью перегородки.
www.findpatent.ru
Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель содержит расположенные внутри цилиндрического корпуса один силовой подшипниковый узел в задней стенке, кулачки привода плунжера секций высокого давления подачи топлива и клапанов; ось, смещенную на 1/2 хода поршня, относительно оси вращения главного вала, в передней стенке - крынке; турбинное колесо со ступицей в центре несущего диска и коробчатым лопаточным кольцом, имеющим входной сплошной паз, рабочие лопатки и выходные окна; ротор, образованный несущим диском с прямым главным валом, находящимся внутри ступицы, а вместе в силовом подшипниковом узле, связанные между собой шестернями образующими редуктор; большим и малым кольцами, между которыми расположено два и более цилиндра с головками, снабженными реактивным соплом со вторым контуром движения воздуха, клапанами впуска и выпуска, форсункой и свечой зажигания, и крышкой несущей в себе лопатки нагнетания воздуха, а в двухстенной внешней части - секции сжатия и подачи воздуха ко вторым контурам реактивных сопел; шатунно-поршневой механизм, включающий соединенные шатунами поршни с блоком шестерен и ушков, одетым на смещенную ось, связанный с ротором, шестернями синхронизации и синхронизирующими шестернями; образующие, разделенные между собой, четыре внутренние области по первым трем - "а", "б" и "в" - проходят потоки нагнетаемого воздуха, участвующие в процессах работы двигателя и отводе лишнего тепла; четвертая область "г" - это центральная область масляного тумана и масляных резервуаров. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым реактивным двигателям ВС для стационарных и подвижных средств повышенной мощности.
Известен широко применяющийся в технике двигатель ВС с коленчатым валом, расположенным в картере, одним и более, блоком цилиндров, содержащий поршни, соединенные шатунами с шейками кривошипов вала, при работе совершающими возвратно-поступательное движение, производя один такт работы, используя только одну силу давления газов и три хода подготовительных тактов, за два оборота вала, а процесс превращения топливо-воздушной смеси в тепловую энергию не устраняет образующиеся при горении вредные компоненты отработавших газов. Такие двигатели ВС имеют малое плечо приложения силы, равное половине хода поршня, к тому же меняющееся по величине от нуля до максимума и вновь до нуля и большие затраты сил на перемещение поршня и вращение всех частей и деталей, обеспечивающих работу в течение трех ходов поршня 1,5 оборотов вала. Как следствие низкий КПД и вывод большого количества вредных веществ в отработавших газах. Известен роторно-поршневой двигатель ВС с осями цилиндров, расположенными параллельно оси коренного вала, содержащий размещенный в корпусе блок цилиндров, жестко закрепленный на валу, поршни связанные шатунами с кривошипным диском, установленным на опоре с аксиальным упорным подшипником и систему подачи масла к подшипнику источником давления. Этот двигатель ВС имеет недостаточно высокий КПД. (Патент. СССР N 689624, кл. F 02 В 75/26, 1979). Создание двигателя ВС с прямым главным валом, имеющего высокий КПД, значительно превышающий достигнутый, с выводом экологически чистых отработавших газов, в предлагаемом изображении достигается соединением некоторых элементов устройства и работы двигателя ВС и 2-х контурного ТРД в одном, конструктивно отличающемся от известных устройстве, размещенном в цилиндрическом корпусе, содержащем один силовой подшипниковый узел, развернутой формы, три кулачка-привода плунжера секций высокого давления подачи топлива и клапанов; ось, смещенную относительно оси вращения главного вала и входные и выходные окна для воздуха и отработавших газов; турбинное колесо со ступицей и лопаточным кольцом; ротор с прямым главным валом, находящимся внутри ступицы, а вместе в силовом подшипниковом узле, связанные между собою шестернями, образующими редуктор и цилиндрами, с осями перпендикулярными оси главного вала, с головками снабженными реактивным соплом, клапанами впуска и выпуска, форсункой и свечой зажигания; шатунно-поршневой механизм (ШПМ) установленный на смещенной оси, связанные с ротором шестернями синхронизации, которые готовят топливо-воздушную смесь, превращают ее в тепловую энергию и преобразуют в две движущиеся силы: реактивную силу и силу давления струи газов, приводящие в движение вращения ротор и турбинное колесо в противоположные направления, объединяемые в редукторе и выдаваемые суммарно одной с главного вала; применение воздушной системы отвода от нагревающихся частей, лишнего тепла, с прохождением потоков нагнетаемого воздуха, через образованные частями двигателя, внутренней области, специальные проходные окна, каналы и зазоры с одновременным участием его в процессах работы и автоматическом трехразовом смешивании горящих газов с ним, совершая при этом самовыжигание вредных компонентов и ступенчатое рассеивание звуковых волн. Это позволило создать: относительное перемещение поршня в цилиндре; привод неподвижными кулачками развернутой формы, плунжера секции высокого давления и клапанов; простой трехтактный цикл работы двигателя, совершающийся за один оборот ротора и ШПМ; передачу полученной реактивной силы вращаемому ей ротору и силы давления струи газов вращаемому ей турбинному колесу, в максимально удаленных от оси вращения местах; редуктор, объединяющий полученные силы вращения двух основных частей, вращающихся в противоположных направлениях: в одну суммарную снимаемую с главного вала; устройство, в котором потоки нагнетаемого воздуха, проходя внутри него одновременно участвуют в подготовительных процессах, процессе работы с образованием движущих сил, отводе лишнего тепла, выжигании вредных компонентов отработавших газов и рассеивании звуковых волн, образующихся при каждом выходе сжатых газов из реактивного сопла, подобно "выстрелу" и попутно в нагреве чистого воздуха. И как следствие получить: 1. Высокий показатель крутящего момента за счет: а) получения двух движущих сил: реактивной силы и силы давления струи газов, объединяемых суммарно в одну; б) образования большой постоянной величины плеча приложения этих сил, превышающего ход поршня в 2,5 3,0 раза; в) компенсации большей части затрат сил на вращение лопаток нагнетателя воздуха: значительным уменьшением затрат сил на сжатие смеси в цилиндре, вывод отработавших газов из него и на привод в работу источников подачи топлива и открытия клапанов; использованием сил инерции и центробежных сил при перемещении и повышении напора воздуха, наполняемости цилиндров, отводе тепла, перемещении топлива и масел по трубопроводам и каналам. 2. Экологически чистые отработавшие газы, пригодные для подогрева и до 25% воздуха, участвовавшего в отводе тепла, нагретым до заданной температуры, чистым. 3. Относительно несложную конструкцию двигателя без коленчатого вала, глушителя, маховика и других нежелаемых частей, с высоким КПД. На фиг. 1 показан главный вид двигателя с лицевой стороны; на фиг. 2 - разрез А-А, на фиг. 1; на фиг.3 вид сзади, части задней стенки корпуса; на фиг. 4 схематический вид расположения и формы силовых лопаток коробчатого лопаточного кольца с внешней стороны; на фиг. 5 вид сзади, части несущего диска и лопаточного кольца турбинного колеса; на фиг. 6 схематический развернутый вид сверху на фиг. 1 ротора в области головки цилиндра; на фиг. 7 лицевой вид крышки ротора, со снятой внешней стенкой, в двухстенной части. М 1: 2; на фиг. 8 механизм синхронизации: а вид по В-В на фиг. 2: в - фасонный кронштейн; на фиг. 9 схема движения т потоков воздуха по внутренним областям двигателя; на фиг. 10 неполные схемы каналов и трубопроводов подачи топлива к форсункам и масла к клапанам: а вид в плане, в вид сбоку. М 1:2. Двигатель, с осями цилиндров перпендикулярными оси главного вала, содержит: корпус 1, турбинное колесо 2, ротор 3, шатунно-поршневой механизм 4 и редуктор 5. Корпус 1 образован центральной цилиндрической частью 6: задней стенкой 7 и передней стенкой-крышкой 8. Центральная часть 6 имеет установленные с внутренней стороны кулачок 9 привода плунжера секции 10 высокого давления подачи топлива, кулачок 11 открытия выпускного клапана 12, планку-кулачок 13 открытия впускного клапана 14; с внешней стороны ребра охлаждения 15, устройства 16, регулировки кулачков 9, 11, 13 и управления режимом работы через кулачок 9. Задняя стенка 7 с чашеобразным выступом в центральной области и окном в центре, силового подшипникового узла 17 и тремя рядами выходных окон 18, закрываемых, два внешние ряда жаровой трубой 19, а внутренний ряд и жаровую трубу 19 вместе кожухом 20. Передняя стенка-крышка 8, образует в себе кольцевой желоб 21 с входными окнами 22, эксплуатационные люки 23, и имеет вал 24 с шестерней привода агрегатов, обращенную вовнутрь корпуса 1, ось 25, смещенную относительно оси главного вала на 1/2 хода поршня, токоподводящую шину 26 со штырем и уплотнительное кольцо 27. Внутри корпуса размещены турбинное колесо (ТК) 2, образованное несущим диском 28 с чашеобразным выступом и ступицей 29 в центре и двумя рядами проходных окон 30 с лопатками ускорения 31 и коробчатым лопаточным кольцом 32, с сплошным пазом 33 прохода воздуха и сжатых газов. Внутри кольца 32 находятся установленные под углом 90 130oC к плоскости вращения диска 28 и под углом 10 30oC к линии перпендикуляра оси вращения ступицы 29, рабочие лопатки 34 с сферическим углублением, создающие между собой камеры 35, каждая с окном 36 выхода отработавших газов. На свободной поверхности ступицы 29, выступающей за пределы задней стенки 7, установлена шестерня 37; ротор 3, находящийся внутри ТК 2, включающий несущий диск 38 с двумя рядами проходных окон 30 и прямым главным валом 39 в центре чашеобразного выступа, с шестерней синхронизации 40, размещенным внутри ступицы 29, а вместе в силовом подшипниковом узле 17; большое кольцо 41 и малое кольцо 42, закрепленные на несущем диске 38 с противоположной стороны валу 39 и крышку 43, закрывающую пространство между кольцами 41 и 42 с лицевой стороны с выступающей во внутреннюю область за малое кольцо 42, частью 43а, прилегающей внешней стороной к уплотнительному кольцу 27 и несущую в себе лопатки 44 нагнетания воздуха, а в двухстенной внешней части кривые перегородки 45, образующие секции 46 разделения и сжатия поступающего потока воздуха. Между кольцами 41 и 42 симметрично расположены два и более цилиндра 47 с головками 48, снабженными камерой сгорания 49, впускным и выпускным клапанами 14 и 12, форсункой 50, свечей зажигания 51, аварийным клапаном 52 и реактивным соплом 53; с наружной стороны ребрами 54 охлаждения и рожком 55 захвата воздуха. На внешней стороне большого кольца 41, находятся токосъемное устройство 56, дополнительные нагнетательные лопатки 57, отражательный козырек 58 и для каждого реактивного сопла 53 закрытый кривой крышкой, канал 59 подвода воздуха в зазор образованный оболочкой 60 реактивного сопла 53 и самим реактивным соплом 53, являющийся вторым контуром движения воздуха; нажимные рычаги 61 р клапанов 14 и 12 и их закрытые части, выступающие за пределы кольца 41, и секции 10. Между большим кольцом 41 и торцевой стенкой коробчатого лопаточного кольца 32 для прохода воздуха к отражательному козырьку 58 и далее в сплошной паз 33 имеется зазор необходимой величины. На выступающей за пределы ступицы 29 поверхности главного вала 39 установлена шестерня 62 и шатунно-поршневой механизм 4, установленный на оси 25, который включает соединенные шатунами 63, находящиеся внутри цилиндров 47 поршни 64, блок 65 шестерен 40 синхронизации и 66 привода вала 24 и ушков 67, фасонный кронштейн 68, посаженный на свободном конце оси 25 и опирающийся на шейку главного вала 39 и синхронизирующие шестерни 70, аналогичные шестерням синхронизации 40, установленные на малых осях 69 кронштейна 68. Редуктор 5, образованный шестернями 37 ступицы 29 и 62 главного вала 39, находящимися в постоянном зацеплении между собой с помощью промежуточных блоков 71 малых шестерен, заключенных в корпус, являющийся продолжением чашеобразного выступа задней стенки 7, корпуса 1, имеющий вторую подшипниковую опору 72 главного вала 39. Все шестерни редуктора 5 сменные, с различным количеством зубьев, дающие возможность задавать обороты ТК 2 отличные или равные оборотам ротора 3. Части двигателя 7, 8, 28 и 38 имеют расположенные веерообразно ребра 73 жесткости, а на стороне, обращенной к задней стенке 7, несущего диска 28 они выполнены так, что выступающие средние кромки их при работе выполняют роль крыльчатки, отбрасывая воздух от центра к периферии, создавая тягу-подпор воздушной струи, а кромки окон 22, 30, 18 и 36 имеют скосы, небольшие загибы и заострения, способствующие лучшему проходу воздуха, обтеканию их, а также уменьшению шума. Окна 22, 30, 36 и 18, нагнетательные лопатки 44, лопатки 31 ускорения движения воздуха, установленные в окнах 30 несущего диска 28 имеют форму, размеры и углы установки в зависимости от заданных параметров и условий работы двигателя, такие чтобы отвечали требованиям и создавали благоприятные условия для работы. Своим устройством ТК 2, ротор 3 и ШПМ 4 при размещении внутри корпуса 1 образуют четыре относительно разделенные между собою области область "а" пространство между крышками 8 и 43 и охватывающее ротор 3 с внешней стороны; область "б" пространство внутри двухстенной части крышки 43, разделенное перегородками 45, переходящее на изломе в каналы 59; область "в" внутренняя область ротора 3, заключенная между кольцами 41 и 42, несущим диском 38 и крышкой 43, по которым, с участием проходных окон 30 обоих рядов ротора 3 и ТК 2, проходят потоки воздуха нагнетаемого лопатками 44, выполненными так, что их изгибы, лотки и грани направляют потоки в области "а" и "б" с отклонением от оси вращения на 90 80oC, во внешнюю большую часть области "в" на 45 40oC и в меньшую внутреннюю часть области "в" без отклонений, под напором, обеспечивающим работу, отвода тепла и нераспространение пламени в обратном направлении; область "г" центральная часть, внутри малого кольца 42, ограниченная чашей выпуклости несущего диска 38, центральной частью передней стенки - крышки 7 и внутренней частью 43а крышки 43 это область масляного тумана и двух резервуаров масла. Система отвода лишнего тепла от частей, расположенных внутри корпуса 1, включает регулировочное устройство, при необходимости, источник очистки воздуха или защитное устройство, входные окна 22, во внешней части кольцевого желоба 21, лопатки 44 нагнетания воздуха, дополнительные лопатки 57, лопатки ускорения 31, два ряда проходных окон 30 несущих дисков 28 и 38, выходные окна 36 коробчатого лопаточного кольца 32 три ряда выходных окон 18, задней стенки 7 корпуса 1 и пространство внутри кожуха 20. Отвод лишнего тепла от интенсивно нагревающихся рабочих лопаток 34, стенок коробчатого лопаточного кольца 32 и реактивных сопел 53 осуществляется постоянно движущимися под напором потоками воздуха по областям "а" и "б" в периоды между тактами работы, а от центральной кольцевой части 6 корпуса 1 через ребра охлаждения 15. Проходные окна внутреннего ряда, несущего диска 28 при необходимости могут находиться в стенке чашеобразного выступа, ближе к силовому подшипниковому узлу 17. Подача топлива производится под давлением от источника давления с использованием центробежных сил, через переходное устройство, канал или трубопровод, проходящий через главный вал 39, стенку чашеобразного выступа и ребро 73 жесткости несущего диска 38 и кольца 41 и далее к секциям 10 высокого давления и форсункам 50. Смазка трущихся частей и деталей, с одновременным отводом тепла, - смешанная; разбрызгиванием, за счет центробежных сил и сил инерции и принудительно под давлением от источников очистки и давления, при необходимости с прохождением через устройство охлаждения, по специальным каналам, сверлениям и трубопроводам, а также путем нанесения неразбрызгиваемого слоя смазки при движении специальным устройством. Для сбора и размещения смазочных материалов в двигателе имеется три резервуара, два в области "г", внутри малого кольца 42 при вертикальной установке и внутри чаши выпуклости несущего диска 38 при горизонтальной установке, и третий внутри корпуса редуктора 5. Воспламенение смеси в камере сгорания производится искрой от свечи зажигания 51, током высокого напряжения, поступающего по проводам через шину 26 и токосъемное устройство 56. Величина смещения оси 25 относительно оси вращения главного вала, определяющая величину хода поршня, ограничена двумя величинами: минимальное смещение минимально возможным размером шестерен синхронизации 40, главного вала 39 и блока 65, максимальное смещение максимально возможным диаметром ротора 3. Основное положение двигателя при эксплуатации горизонтальное, когда ось вращения главного вала 39 находится в вертикальном положении, при описании работы применено вертикальное положение на боку. Полный цикл работы совершается за один оборот ротора 3 и ШПМ 4, состоящий из трех тактов: впуска-всасывания, сжатия и работы. Вывод газов из камеры сгорания 49 происходит во время такта работы, и вслед за ним, когда оба клапана 12 и 14 открыты одновременно. Исходная точка-положение поршня 64 крайняя верхняя внешняя точка ВТ в цилиндре 47 равна нулю градусов окружности. Выпускной клапан открыт, момент окончания такта работы. При повороте ротора 3 синхронно поворачивается и ШПМ 4, происходит относительное перемещение поршня 64 в цилиндре 47 от ВТ, и после поворота на 5 15o планкой-кулачком 13, через нажимной рычаг 61 открывается впускной клапан 14, из области "в" через рожок 55 поступает под напором движущийся навстречу воздух. При заданном угле поворота ротора 3, когда пройден кулачок 11, выпускной клапан 12 закроется, происходит всасывание воздуха в цилиндр 47 и одновременное смешивание его с остатками отработавших газов до момента поворота 3 на 180 195o, когда планка-кулачок 13 будет пройдена, поршень 64 займет-минует внутреннюю нижнюю точку НТ, в цилиндре 47, а впускной клапан 14 закроется. Начинается такт сжатия с продолжением смешивания остатков отработавших газов с воздухом. Перед приходом поршня 64 к ВТ, с опережением на расчетный угол плунжер секции 10, кулачком 9 переместится на заданную величину и посылает под высоким давлением, через форсунку 50 в камеру сгорания 49 топливо, которое приобретя туманообразное состояние и смешавшись с сжатой смесью образует горючую смесь. В этот момент также с опережением, смесь поджигается искрой образованной свечей 51. Вслед за воспламенением, вновь с опережением, кулачок 11, через нажимной рычаг 61 открывает выпускной клапан 12, это совпадает с моментом наибольшего давления газов реактивного сопла 53, где на выходе смешиваясь с воздухом второго контура увеличивают силу горения, увеличивают свою массу, а поршень 64, при этом продолжая движение к ВТ, компенсировал некоторую часть падения давления в камере сгорания 49, образуя реактивную силу передающуюся ротору 3. Упругая струя газов миновав паз 33 и достигнув сферического углубления, одной и более, рабочей лопатки 34 сильным толчком отдает свою энергию давления передающуюся ТК 2, тоже вращающемуся с заданным соотношением, но в противоположном направлении. Одновременно, горящие газы в камере 35 смешиваются с постоянно поступающим через паз 33, после отражения от козырька 58, воздухом оживляя горение устремляются через окна 36 и окна 18 в жаровую трубу 19, где третий раз смешиваются с тоже постоянно поступающим через средний ряд окон 18 воздухом, вновь оживляя горение, автоматически выжигают вредные компоненты отработавших газов, при каждом смешивании частями, рассеивая создавшиеся "выстрелами" звуковые волны. Силы, образованные тактами работы подобно "выстрелам" чередующимися один за другим, при 4-х цилиндрах через 90o, расходятся в противоположные направления "вейером", передающиеся через части ротора 3 и ТК 2, находящиеся на удалении от оси вращения главного вала 39, превышающем ход поршня в 2,5 - 3,0 раза, объединяются в редукторе 5 с помощью шестерен 37, 62 и блоков 71, суммарно одной выдаются с главного вала 39, одновременно выдавая на выходе экологически чистые отработавшие газы и до 25% воздуха участвовавшего в отводе тепла, нагретым до заданной температуры чистым. Режим работы двигателя задается количеством топлива, впрыскиваемого в сжатую смесь форсункой 50 в зависимости от величины хода плунжера секции 10 осуществляющимся выдвижением или утоплением кулачка 9 в своем гнезде, устройством 16. При возникновении в камере сгорания 49 давления газов превышающего расчетное, при закрытых клапанах 12 и 14, срабатывает аварийный клапан 52, соединяя камеру сгорания 49 с каналом реактивного сопла 53.Формула изобретения
1. Роторно-поршневой реактивный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус, ротор с прямым главным валом, цилиндры с головками, снабженными впускным и выпускным клапанами, форсункой и свечой зажигания, поршни, шатуны, шестерни синхронизации и корпус редуктора, отличающийся тем, что внутри корпуса, имеющего два и более входных окна в кольцевом желобе и обращенную вовнутрь ось, смещенную относительно оси вращения главного вала на 1/2 хода поршня, в передней стенке крышке установленные на центральной части три кулачка развернутой формы привода плунжера секции высокого давления подачи топлива и впускного и выпускного клапанов, три ряда выходных окон и чашеобразный выступ с одним силовым подшипниковым узлом в центре, в задней стенке размещены турбинное колесо, образованное несущим диском со ступицей в центре чашеобразного выступа, обращенной в одну сторону, находящейся в силовом подшипниковом узле, с установленной на свободном конце, выступающем за пределы задней стенки корпуса, шестерней и коробчатым лопаточным кольцом, размещенным по краю несущего диска с противоположной ступице стороны, имеющим сплошной паз прохода отраженного от козырька воздуха и струи газов, и установленные внутри под углом 90 130o к плоскости вращения диска и под углом 10 30o к линии перпендикуляра оси вращения рабочие лопатки со сферическим углублением в центре, образующие между собой камеры, каждая с окном выхода отработавших газов, ротор, имеющий несущий диск с прямым главным валом в центре чашеобразного выступа, размещенным внутри ступицы с установленной на выступающей за пределы ее свободной поверхности шестерней, находящейся в постоянном зацеплении с помощью блоков малых шестерен с шестерней ступицы, образуя редуктор, большое и малое кольца, расположенные на противоположной валу стороне несущего диска, между которыми симметрично с осями, перпендикулярными оси главного вала, находятся два и более цилиндра с головками, снабженными захватывающими воздух рожком, реактивным соплом с оболочкой на выходе и подводящим каналом, образующим второй контур движения воздуха, закрывающими устройствами и нажимными рычагами клапанов впуска и выпуска и находящейся вне головки секцией высокого давления подачи топлива, и крышку, сбоку закрывающую пространство между кольцами, несущую в себе лопатки нагнетания воздуха, а во внешней двухстенной части кривые перегородки, образующие секции сжатия и подачи воздуха в подводные каналы второго контура реактивного сопла, шатунно-поршневой механизм, включающий соединенные шатунами поршни с блоком шестерен и ушек, надетым на смещенную ось, связанный с ротором шестернями синхронизации блока и главного вала и двумя синхронизирующими шестернями, установленными на малых осях фасонного кронштейна, посаженного на свободном конце оси и опирающегося на шейку главного вала, которые образуют разделенные между собой четыре внутренние области область "а" пространство между крышками корпуса и ротора, охватывающее ротор с внешней стороны, область "б" внутреннее пространство в двустенной части крышки ротора, разделенное на секции, переходящее в каналы, область "в" внутреннее пространство ротора, по которому с помощью проходных окон несущих дисков ротора и турбинного колеса постоянно под давлением проходят потоки нагнетаемого воздуха, участвующие в процессах работы и отводе лишнего тепла, область "г" центральная часть: область образования масляного тумана и сбора масел, имеющая два резервуара, внутри чаши выступа несущего диска ротора при горизонтальном положении установки и внутри малого кольца, сбоку ограниченного внутренней частью крышки ротора при вертикальном положении установки, а при вращении ротора и шатунно-поршневого механизма и образующего ими перемещение поршня в цилиндре осуществляют работу по трехтактному циклу, совершающемуся за один оборот, включающему впуск-всасывание воздуха, движущегося под напором навстречу захватывающему рожку, сжатие с одновременным смешиванием его с остатками отработавших газов с использованием центробежных сил поршня, и работу с вспрыском топлива через форсунку воспламенением смеси от свечи зажигания и открытием выпускного клапана в момент наибольшего давления горящих газов с расчетным опережением, обеспечивающим окончание его к моменту прихода, частично компенсирующего падение давления поршня в верхнюю точку, последние при выходе из реактивного сопла образуют одновременно увеличивающуюся по величине за счет увеличения их массы при смешивании с воздухом второго контура реактивную силу, передающуюся ротору, и в стадии упругой струи, попадая в сферические углубления и камеры силовых лопаток коробчатого лопаточного кольца турбинного колеса, вращающегося с заданным соотношением скорости, но в противоположном направлении, сильным толчком отдают ему свою энергию давления и, смешавшись с постоянно поступающим через сплошной паз воздухом, оживляя горение, выходят через окна в жаровую трубу, там, вновь смешиваясь с воздухом, постоянно поступающим через средний ряд выходных окон, задней стенки корпуса, третий раз оживляя горение, совершают автоматическое самовыжигание вредных компонентов и рассеивание звуковых волн, производя следующие один за другим с интервалом в зависимости от количества цилиндров акты работы, подобные "выстрелу", образующие реактивную силу и силу давления упругой струи газов, направленные в противоположные направления, передающиеся ротору и турбинному колесу через их части, удаленные от оси вращения на расстояние, превышающее ход поршня в 2,5 3,0 раза, объединяются в редукторе суммарно в одну, снимаемую с главного вала, одновременно выдавая на выходе экологически чистые отработавшие газы и до 25% воздуха, участвующего в отводе тепла, и нагретого до заданной температуры чистого. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ступица турбинного колеса, главный вал ротора и блоки малых шестерен имеют сменные с различным количеством зубьев шестерни, образующие редуктор, позволяющие задавать турбинному колесу обороты, равные оборотам ротора или отличные от них. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что смещение оси шатунно-поршневого механизма относительно оси вращения главного вала, определяющее величину хода поршня в цилиндре, ограничено: минимальное смещение минимально возможным размером шестерен синхронизации блока и главного вала, максимальное смещение максимально возможным диаметром ротора. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при закрытых впускном и выпускном клапанах в камере сгорания головки установлен аварийный клапан, который при срабатывании соединяет камеру сгорания с каналом реактивного сопла. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне большого кольца ротора имеются дополнительные нагнетательные лопатки и отражательный козырек, а между внутренним краем торцевой стенки коробчатого лопаточного кольца, перед сплошным пазом и поверхностью большого кольца ротора - необходимой величины зазор. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что смешивание потоков воздуха второго контура реактивного сопла с импульсивно выходящей струей горящих газов во время тактов работы происходит соответственно величине давления воздуха, как угодно превышающего атмосферное, в таком же соотношении, и увеличивается масса горящих газов и образующаяся реактивная сила. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что главный вал имеет вторую подшипниковую опору, размещенную в корпусе редуктора. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что отвод лишнего тепла от интенсивно нагревающихся рабочих лопаток, внутренних стенок коробчатого лопаточного кольца и реактивных сопел осуществляется постоянно движущимся под напором потока воздуха в периоды между моментами выхода горящих газов, а остальных частей и поверхностей постоянно. 9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что для эффективного отвода тепла потоками воздуха, движущимися по внутренней части области "в" ротора, вдоль оси вращения и проходных окон внутреннего ряда несущих дисков от частей, расположенных ближе к центру, ребра жесткости несущего диска турбинного колеса со стороны, обращенной к задней стенке корпуса, по всей длине имеют выступы, при работе выполняющие роль крыльчатки, отбрасывая струи движущегося воздуха к периферии, дополнительно создавая тягу подпор, а в случаях эксплуатационной необходимости проходные окна внутреннего ряда этого диска могут быть размещены в его выпуклой части, ближе к силовому подшипниковому узлу.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению и позволяет снизить металлоемкость механизма двигателя путем упрощения механизма преобразования движения и снизить механические потери в нем. Качающиеся поршни 3 двигателя жестко связаны с полым валом привода маятниковых порщней 5. Внутри этого вала в прямых его щлицах установлена промежуточная втулка И, которая поджата с двух сторон пружинами 12 и 13. На внутренней поверхности втулки 11 имеются винтовые щлицы для периодического взаимодействия с винтовыми шлицами выходного вала 14 и винтовыми шлицами промежуточного полого вала 15. Последний установлен соосно с валом 14 с возможностью их вращения друг относительно друга и жестко связан с ведущей шестерней 16 редуктора 17 с передаточным числом, равны.м минус единице. Колебательные движения вала привода маятниковых поршней 5 сообщаются промежуточной втулке 11. При ее движении в ту или другую сторону винтовые щлицы последней поочередно ввинчиваются в винтовые щлицы вала 14 и вала 15 и, перемещаясь в осевом направлении, сжимают то пружину 13, то 12. В результате с по.мощью втулки И валы 14 и 15 поворачиваются поочередно на некоторый угол в противоположных направлениях. 4 ил. В h ( 18 7 со ISD 05 4 О5 19 фиг.1
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5и 4 F 02 В 53/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕННАЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTVIA (21) 3908960/25-06 (22) 11.06.85 (46) 30.07.87. Бюл. № 28 (71) Балаковский филиал Саратовского политехнического института (72) В. Ф. Котуков, И. Н. Колодяжная, Н. В. Котукова и И. В. Полищук (53) 621.437.64 (088.8) (56) Патент США № 2989040, кл. 123 — 18, опублик. 1961.. (54) ДВИ ГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ (57) Изобретение относится к двигателестроению и позволяет снизить металлоемкость механизма двигателя путем упрощения механизма преобразования движения и снизить механические потери в нем. Качающиеся поршни 3 двигателя жестко связаны с полым валом привода маятниковых поршней 5. Внутри этого вала в прямых его шлицах установлена промежуточная втулка 11, „.SU»1326746 А1 которая поджата с двух сторон пружинами 12 и 13. На внутренней поверхности втулки 11 имеются винтовые шлицы для периодического взаимодействия с винтовыми шлицами выходного вала 14 и винтовыми шлицами промежуточного полого вала 15.
Последний установлен соосно с валом 14 с возможностью их вращения друг относительно друга и жестко связан с ведущей шестерней 16 редуктора 17 с передаточным числом, равным минус единице. Колебательные движения вала привода маятниковых поршней 5 сообщаются промежуточной втулке 11. При ее движении в ту или другую сторону винтовые шлицы последней поочередно ввинчиваются в винтовые шлицы вала 14 и вала 15 и, перемещаясь в осевом направлении, сжимают то пружину 13, то 12. В результате с помощью втулки 11 валы 14 и 15 поворачиваются поочередно на некоторый угол в противоположных направлениях. 4 ил.
1326746 соосно с выходным валом 14 с возможностью их вращения друг относительно друга и жестко связан с ведущей шестерней 16 редуктора 17 с передаточным числом, равным минус единице. В качестве примера в двигателе используется конический редуктор 17, ведущая шестерня 16 которого через блок 18 шестерен взаимодействует с ведомой шестерней 19, а последняя жестко связана с выходным валом 14, который установлен с возможностью осевого перемещения и поджат уп руги м эл ем е нтом 20.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При пуске двигателя качающимся порш ням 3 совместно с валом привода маятниковых поршней 5 сообщают вращательные колебательные движения (система пуска не показана).
Изобретение относится к м ашиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с качающимися поршнями.
Цель изобретения — снижение металло- 5 емкости механизма двигателя путем упрощения механизма преобразования движения и снижение механических потерь в нем.
На фиг. 1 представлен предлагаемый двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез
Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг. 1.
Двигатель с качающимися рабочими органами содержит картер с двумя раздельными полостями: камера 1 сгорания и камера 2 нагнетания. Внутри камеры 1 сгорания, выполненной в виде двух жестко связанных между. собой частей с внутренней торообразной расточкой, установлены две группы качающихся поршней 3, последние выполняются в виде сегментов тора, на периферийных поверхностях которых установлены уплотнительные и м аслосъем ные кольца. Камера 1 сгорания и камера 2 нагнетания сообщаются между собой посредством промежуточной кольцевой камеры 4. Поршни 3 жестко связаны с полым валом привода маятниковых поршней 5. С другой стороны этот вал жестко связан с нагнетательными поршнями 6. На радиальной поверхности камеры 1 сгорания выполняются выхлопные 7 и впускные 8 окна, а на торцовых поверхностях камеры 2 нагнетания имеются всасывающие 9 и нагнетательные 10 клапаны. Внутри вала привода маятниковых поршней 5 в прямых его шлицах установлена промежуточная втулка 11, которая под- 35 жата с двух сторон пружинами 12 и 13. На внутренней поверхности промежуточной втулки 11 имеются винтовые шлицы для периодического взаимодействия с винтовыми шлицами выходного вала 14 и винтовы- 40 ми шлицами промежуточного полого вала 15.
Промежуточный полый вал 15 установлен
При движении качающихся поршней 3 от одного мертвого положения к другому топливная смесь (воздух), заключенная в объеме между двумя симметрично расположенными качающимися поршнями 3, перегородками и внутренней поверхностью тороидальной камеры 1 сгорания, сжимается. При подходе качающихся поршней 3 к второму крайнему положению происходит воспламенение смеси или впрыск топлива. Под действием сгоревших газов качающийся поршень 3 совместно с валом привода маятниковых поршней 5 начинает двигаться в обратном направлении, совершая рабочий ход. В конце рабочего хода качающегося поршня 3 открываются выхлопные окна 7, через которые происходит выпуск отработанных газов, а затем открываются впускные окна 8, через которые происходит впуск свежей горючей смеси или воздуха. Достигнув первого крайнего положения, качающиеся поршни 3 совместно с валом привода маятниковых поршней 5 начинают движение в обратном направлении, повторяя весь процесс сначала. В это время в объеме, заключенном между двумя другими симметрично расположенными качающимися поршнями 3 и внутренней поверхностью камеры 1 сгорания, т.е. с противоположной стороны качающихся поршней 3, происходит аналогичный процесс, но сдвинутый по фазе таким образом, что когда в первом объеме происходит процесс сжатия, то во втором — рабочий ход и наоборот.
Так как нагнетательные поршни 6 жестко связаны с валом привода маятниковых поршней 5, то они в это время совершают вращательные колебания в камере 2 нагнетания, производя всасывание рабочей смеси (воздуха) через всасывающие клапаны 9 и нагнетание рабочей смеси (воздуха) через нагнетательные 10 клапаны в промежуточную кольцевую камеру 4. Из последней камеры смесь (воздух) через впускные окна
8 поступает в камеру 1 сгорания в момент открытия впускных окон, осуществляя процесс продувки последних.
Колебательные движения вала привода маятниковых поршней 5 сообщаются промежуточной втулке 11. При ее движении в одном направлении, например по часовой стрелке, в начальный момент винтовые шлицы промежуточной втулки 11 ввинчиваются в винтовые шлицы выходного вала 14, а промежуточная втулка 11 перемещается в осевом направлении, сжимая пружину 13. В дальнейшем пружина 13 заклинивает осевое перемещение промежуточной втулки 11 и она повернется совместно с выходным валом 14 на некоторый угол. При обратном движении промежуточная втулка 11 выходит из зацепления с винтовыми шлицами выходного вала 14, перемещаясь в осевом направлении в противоположную сторону, 1326746
Формула изобретения
A-A
Фиг,2 а затем входит в зацепление с винтовыми шлицами промежуточного полого вала 15 и сжим ает пружину 12. В дальней шем и ружина 12 препятствует осевому перемещению промежуточной втулки 11. Последняя поворачивает промежуточйый полый вал 15 в противоположную сторону направлению вращения выходного вала 14, а редуктор
17 с передаточным числом минус единица изменяет это вращение на противоположное, выходной вал 14 вращается в прежнем направлении.
Далее весь процесс повторяется сначала.
Вследствие того, что указанный процесс происходит непрерывно, выходному валу
14 сообщается непрерывное вращение в одном направлении.
Упругий элемент 20 служит для обеспечения зацепления винтовых шлиц промежуточной втулки 11 с винтовыми шлицами выходного вала 14 и промежуточного полого вала 15. С этой целью выходной вал
14 установлен с возможностью незначительного осевого перемещения.
Двигатель внутреннего сгора ния с качающимися поршнями, содержащий картерную полость, выполненную в виде раздельных камер нагнетания и сгорания, размегценные в них качающиеся роторы-поршни, жестко связанные с валом привода. установленным в камерах центрально, и вы5 ходной вал, связанный с валом привода при помощи механизма преобразования, выполненного в виде устройства периодического соединения вала привода о выходным валом и зубчатой конической переда10 чи с передаточным числом, равным минус еди нице, отличающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости путем упрощения механизма преобразования и снижения механических потерь, на выходном валу и соосно с ним размещен промежуточный полый вал, жестко связанный с одной из шестерен конической передачи и размещенный между валом привода и выходным валом. причем вал привода выполнен полым и снабжен прямыми шлицами на внутренней поверхности, а устройство периодического соединения выполнено в виде втулки, расположенной внутри вала привода, подпружиненной с двух сторон и снабженной на внутренней поверхности винтовыми шлицами, а на наружной поверхности прямыми шлицами, и на наружной поверхности вала привода и промежуточного вала выполнены винтовые шлицы для взаимодействия со шлицами вала.
1326746
Фиг. 3
ro
Фиг. 4
Составитель Г. Туктакиев
Редактор М. Дылын Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи
Заказ 3258/27 Тираж 503 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
www.findpatent.ru
