Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Во внутренней рабочей цилиндрической полости корпуса установлен ротор. Ротор состоит из двух одинаковых половин, каждая из которых включает четыре лопасти. В теле ротора выполнено отверстие со шлицами для соединения с полуосью. В полости обеих полуосей проходит вал двигателя. При этом вал установлен в центре ротора и крышек. Двигатель содержит четыре муфты свободного хода и две мальтийские системы, каждая из которых состоит из четырехлопастного мальтийского креста и бегунка с двумя подвижными пальцами. Охлаждение корпуса жидкостное - радиатор, помпа. Снаружи двигатель охлаждается вентилятором. Лопасти охлаждаются путем форсированного продува камер сжатия сжатым воздухом от компрессора через всасывающее отверстие корпуса. Задачей изобретения является повышение мощности, КПД, надежности. 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (RU патент 2011865 C1, кл. F 02 B 53/00, 30.04.1994).

Установка содержит цилиндрический полый корпус, ротор установленный в полости корпуса, состоящий из двух различных частей, на каждой из которых имеется по три поршня (лопастей), четырех муфт свободного хода, воспринимающих давление рабочих газов и передающих усилие на корпус и выходной вал. За один оборот происходит шесть рабочих ходов.

Недостатками прототипа являются следующее.

1. Большая площадь трения между ротором и корпусом, т.е. потеря мощности.

2. Передача усилия рабочих газов на выходной вал и корпус только при помощи четырех муфт св. хода делают эти узлы ненадежными и подверженными быстрому износу.

3. При помощи только муфт св. хода невозможна четкая фиксация лопастей роторов у камер сжатия, раб. хода, выхлопа и всасывания у отверстий во время быстрого вращения роторов.

4. В бензиновом варианте двигатель работать надежно не может, т.к. рабочая камера и камера сжатия раб. смеси разделены одной лопастью, т.е. неизбежен прорыв рабочих газов с высокой температурой в камеру сжатия и воспламенение горючей смеси в ней.

При этом в дизельном варианте установка работать не может, т.к. степень сжатия воздуха в рабочей камере, для воспламенения топлива достичь нельзя, опорная лопасть камеры сжатия жестко на месте по ходу на корпус не фиксируется, кроме давления на нее с другой стороны в рабочей камере, в конце сжатия максимум давления на нее, в то время, как в рабочей камере на нее уже минимум давления, т.к. произошел выхлоп отработанных газов.

Задачей изобретения является увеличение мощности, КПД и надежности двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат достигается тем, что роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, во внутренней рабочей цилиндрической полости которого установлен ротор, состоящий из двух одинаковых половин, каждая из которых содержит четыре лопасти. При этом двигатель содержит две боковые крышки, вал, установленный в центре ротора и крышек, четыре муфты свободного хода, две мальтийские системы, каждая из которых состоит из четырехлопастного мальтийского креста и бегунка с двумя подвижными пальцами.

Каждая мальтийская система управляет работой своей части ротора - фиксацию на месте и проворачивание на 90^o. Каждые 90^o поворота вала двигателя происходят одновременно и беспрерывно два рабочих хода, два выхлопа, два всасывания и два сжатия. За один оборот вала происходит восемь рабочих ходов.

Кинематика роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания изображена на фиг. 1. Четыре лопасти у каждой из половины ротора и управление их работой мальтийскими системами позволяет получить четкую фиксацию их у отверстий выхлопа, всасывания и впрыскивания топлива в камеру сгорания. За четверть оборота вала двигателя происходит два рабочих хода, два выхлопа, два всасывания, два сжатия. За 1 оборот вала восемь рабочих ходов, соответственно столько же и остальных циклов (см. фиг. 3).

Для уменьшения потерь на трение в мальтийских системах (крест - бегунок) и снижения их массивности в конструкцию двигателя введены четыре муфты св. хода 13, две из которых передают вращение с половин роторов на вал, а две для фиксации их на месте на корпус. Эти муфты св. хода снимают основную нагрузку с мальтийских систем.

Угловая скорость вращения мальтийского креста и бегунка с наглухо закрепленным пальцем различная, а так как они соответственно механически связаны с обеими половинками муфт свободного хода 13, передающими усилие с ротора на вал, половинки которых вращаются с одинаковой скоростью, пальцы бегунков 9 подвижны при повороте мальтийского креста на 90^o, другим своим концом они проходят по прямолинейной прорези, направляющей 10, закрепленной на корпусе на половине расстоянии между центрами креста и бегунка радиусы ведущего и ведомого, и их скорости вращения равны.

Охлаждение роторно-лопастного двигателя комбинированное корпус 1 жидкостное, радиатор, помпа, наружное - вентилятор, охлаждение лопастей роторов путем форсированного продува камер сжатия сжатым воздухом от компрессора через всасывающие отверстия корпуса 1 и выброса наружу через отверстия 16 в крышке корпуса 2, фиг. 3. Часть мощности двигателя, затраченная на работу компрессора, компенсируется тем, что сжатый воздух, нагнетаемый в камеры всасывания, давит на подвижные лопасти в этих камерах.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема половины двигателя, другая симметричная его часть должна быть изображена слева; на фиг. 2 - продольный разрез двигателя; на фиг. 3 - разрез по А-А; на фиг. 4 - одна из половины ротора; на фиг. 5 - мальтийский крест; на фиг. 6 - бегунок, на фиг. 7 - муфты свободного хода.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания состоит из полого корпуса 1 цилиндрической формы с внутренней рабочей поверхностью, с рубашкой для охлаждения жидкости (не изображена), двумя выхлопными отверстиями, двумя всасывающими и двумя для форсунок распылителей топлива 15 (фиг. 3), двух боковых крышек 2 цилиндра, с отверстиями в центре для полуосей 4 и двух отверстий 16 для форсированного продува камер всасывания сжатым воздухом (фиг. 3).

В полости цилиндра установлен ротор из двух одинаковых половин с лопастями 3 с двумя выемками на концах у каждой для образования камер сгорания при сближении подвижных лопастей к неподвижным. В теле каждого ротора выполнено отверстие со шлицами для скользящего соединения с полыми полуосями 4, причем шлицевое соединение имеет свободный ход по окружности на толщину лопасти. Наружные шлицы полуосей 4 также служат для скользящего соединения по оси с частями муфт свободного хода 13, другие части этих муфт закреплены на крышке 2 и валу двигателя 14 (фиг. 2). В средней части полуосей 4 закреплены шестерни 5 между подвижными частями муфт свободного хода и шестерней 5 находятся спиральные пружины 12 разжимного действия. В полости обеих полуосей проходит вал двигателя 14, на концах которого на шлицах наглухо крепятся кроме частей муфт свободного хода бегунки 8 фиг. 6. Бегунки по окружности закреплены по отношению друг к другу со смещением на 90^o. В сверлениях и прорезях бегунков находятся пальцы 9 фиг. 6 с разжимными пружинами 11. Противоположные от мальтийских крестов 6 (фиг. 1) концы пальцев 9 при рабочем ходе поворота креста проходят по прямолинейной прорези у направляющей 10 (фиг. 2), закрепленной на корпусе. Четырехлопастные мальтийские кресты 6 закреплены на своих валах 7 (фиг. 1 и 2), на других концах которых закреплены шестерни 5, имеющие зацепление с шестернями полуосей 4 1:1.

Двигатель состоит из двух одинаковых частей - передней и задней, каждая из которых соединена со своей половиной ротора 3 через полуоси 4.

Двигатель работает следующим образом.

Пуск двигателя производится вращением вала двигателя или сжатым воздухом в соответствующую камеру-сектор цилиндра. При своем вращении находящиеся на валу два бегунка, закрепленные на нем под углом 90^o друг к другу по окружности, совершают один такт, вращение - фиксация на месте лопастей 3-17, один мальтийский крест со своей половинкой ротора с лопастями повернется на 90^o, другой со своей половинкой и лопастями зафиксирован на месте окружностью бегунка. Четыре лопасти 3, вращаясь по часовой стрелке, одной стороной отходят от неподвижных лопастей 17 (фиг. 3), другой стороной, приближаясь к ним, образуют восемь секторов-камер, две из них со сжатым воздухом, форсунки распылители 15 впрыскивают в них топливо 2 рабочих хода. В остальных камерах одновременно произойдет по два выхлопа, всасывания и сжатия. В конце этих 90^o-х тактов сжатый воздух в секторах сжатия переместит неподвижные лопасти 17 на место лопастей 3. При следующих поворотах вала, крестов полуосей и половин ротора все такты повторяются беспрерывно. Вращение роторов с лопастями через полуось, шестерни, мальтийский крест бегунок, одновременно через эту же полуось и муфту свободного хода передается на вал двигателя.

Формула изобретения

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, во внутренней рабочей цилиндрической полости которого установлен ротор, состоящий из двух половин с лопастями, четыре муфты свободного хода, две боковые крышки и вал, установленный в центре ротора и крышек, отличающийся тем, что он содержит две мальтийские системы, каждая из которых состоит из четырехлопастного мальтийского креста и бегунка с двумя подвижными пальцами, а половины ротора выполнены одинаковыми и каждая из них содержит четыре лопасти.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7