Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения рабочих элементов. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала один в другом, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса, а ко вторым торцам рабочих валов присоединены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом двигателя. Согласно изобретению он содержит сдвоенный мальтийский механизм, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла мальтийского креста, а дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в областях техники, где при эксплуатации не ожидается резких изменений внешних нагрузок, рывков (авиация, морской флот).

Целью создания роторных двигателей является устранение из конструкции поршня, коленчатого вала, шатуна, не участвующих непосредственно во вращении, а преобразующих возвратно-поступательное движение поршня во вращение выходного вала с затратой соответствующего количества энергии на это преобразование. Основная трудность заключается в создании рабочего объема, в котором газы при горении и расширении через лопасть могли бы передавать крутящий момент рабочему валу, соединенному с этой лопастью. Это можно осуществить, если газы, расширяясь, будут опираться на неподвижную, застопоренную лопасть, поворачивая при этом подвижную в данный момент другую лопасть. Вторая трудность - преобразование движений частей двигателя во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью. Решение названной задачи описано в а.с. СССР N 847937, кл. F 02 В 55/00, пр. 02.04.71 г. Представлен роторный двигатель внутреннего сгорания, имеющий корпус с кольцевой рабочей камерой, лопасти на соосных валах, неравномерно вращающиеся и кинематически связанные с выходным валом, который вращается с постоянной угловой скоростью. Лопасти периодически, попеременно изменяют угловую скорость вращения, создавая между собой изменяющиеся рабочие объемы, что недостаточно эффективно с точки зрения степени сжатия рабочего тела. Двигатель сложен по конструкции, отличается сложной схемой преобразования движений.

Известна роторная машина, заявленная в а.с. СССР 1244356, кл. F 01 C 1/063, пр. 10.11.74 г. Машина имеет цилиндрический корпус, два ротора в нем, выполненные в виде торцевых дисков с пустотелыми лопастями, закрепленные на коаксиальных валах и связанные механизмом преобразования и выходной вал, соединенный с внутренним коаксильным валом. В этой машине рабочие объемы также создаются неравномерно вращающимися лопастями, что, учитывая высокую сложность кинематики, малоэффективно при регулировке степени сжатия горючей смеси в рабочих объемах.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому роторно-лопастному двигателю является роторный двигатель, созданный по а.с. СССР 1318704, пр. 03.04.85 г., содержащий цилиндрическую полость с размещенными в ней секторными лопастями, установленными на соосных валах, и механизм преобразования движений лопастей, выполненный в виде пары рычагов, соединенных с валами лопастей, и кулисы, установленной на выходном валу и взаимодействующей с роликами рычагов, при этом кулиса присоединена к выходному валу шарнирами и имеет кольцевой копир с двумя участками профилей различной высоты обеспечения качания кулисы в плоскости рычагов. Механизм преобразования эффективно создает рабочие объемы для работы двигателя и создания постоянной угловой скорости выходного вала. Достигается это сложностью механизма, а также сложностью кинематики всех составных частей. Кроме этого, применение возвратно-поступательного движения все же используется, хоть и для решения иных задач.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы двигателя. Она достигается тем, что в двигателе, имеющем корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных вала (один в другом, внешний и внутренний), к одному торцу которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в полости корпуса, создавая рабочие объемы между собой; сдвоенный мальтийский механизм, взаимодействующий с дисками, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла креста; на вторых торцах соосных валов закреплены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом на водиле, впускной и выпускной патрубки, свечу зажигания, подшипники; рабочие объемы создаются вращением одной пары лопастей при застопоренной в это время другой паре. Таких рабочих объемов - четыре и во всех одновременно происходят рабочие циклы двигателя.

Сущность изобретения представлена на чертежах: фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 изображен принципиальный вид предлагаемого роторно-лопастного двигателя, где обозначено: 1 - корпус с цилиндрической полостью, 2 - диск с лопастью на торце внутреннего из соосных рабочих валов (вторую лопасть не видно), 3 - диск с лопастью на торце внешнего рабочего вала, 4 - сдвоенный мальтийский механизм, 5 - ведущая шестерня дифференциала на внешнем рабочем валу, 6 - водило дифференциала с шестеренчатыми колесами и выходным валом 8, 7 - ведущая шестерня на внутреннем рабочем валу, 9 - подшипники, на которых вращаются валы, дифференциал со своими колесами, сдвоенный мальтийский крест, 10 - впускной патрубок, 11 - выпускной патрубок (их место обозначено пунктиром). На фиг.2 представлены сечения цилиндрической полости корпуса - 1 с различными положениями лопастей. Незаштрихованными обозначены лопасти внутреннего вала, заштрихованные лопасти соединены с внешним рабочим валом (в рабочей полости его нет), "стопор" - условное обозначение действия мальтийского механизма. Показаны четыре взаимоположения лопастей, когда рабочие валы совершают повороты в 180 градусов. Положение - I соответствует изображенному на фиг.1. В этом положении лопасть 3 с внешним валом зафиксирована мальтийским крестом. Второй крест, сдвоенный с первым и сдвинутый по углу относительно него, дает возможность лопасти 2 с внутренним валом провернуться за счет "рабочего хода", происходящего в объеме между лопастями 0 и 1 (зона "В"). Ведущая шестерня 7 поворачивается вместе с внутренним валом, поворачивая сателлиты водила 6, которые, прокатываясь по застопоренной шестерне 5, поворачивают водило 6 с выходным валом двигателя 8. Во время поворота в зоне "А" между лопастями 3 и 2 происходит "впуск," в зоне "Б" происходит "сжатие" (объем между лопастями 0 и 2 уменьшается), в зоне "Г" - "выхлоп" (объем между лопастями 3 и 1 также уменьшается).

В определенном положении лопасти 2, зависящем от степени сжатия и "опережении зажигания", искрой свечи поджигается горючая смесь в объеме 0-2. Мальтийский крест освобождает лопасти 3 и 0, и они начинают вращаться под действием горящих газов, а лопасти 1 и 2 занимают положение в рабочей полости корпуса 1, ранее занимаемое лопастями 3 и 0, и фиксируются вторым крестом мальтийского механизма, стопоря лопасть 1 (положение II). Лопасти 3 и 0 поворачиваются до 180^o, пока лопасть 0 не зафиксируется первым крестом (положение III). В положении IV внутренний вал совершил пол-оборота.

При этом дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью.

За полные обороты двух рабочих валов совершается шесть "рабочих ходов" двигателя. Обороты выходного вала двигателя зависят от передаточного отношения дифференциала.

Формула изобретения

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала один в другом, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса, ко вторым торцам рабочих валов присоединены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом двигателя, и сдвоенный мальтийский механизм, взаимодействующий с дисками, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности за счет регулируемого создания рабочих объемов двигателя применен сдвоенный мальтийский механизм, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла мальтийского креста, а дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2