Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к бесшатунным двигателям с возвратно-поступательным движением рабочих элементов. Техническим результатом является повышение надежности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус с рабочими камерами и крышками, ведущий вал и установленные в рабочих камерах круглые поршни со смещенными относительно их центра рабочими отверстиями. В отверстиях установлены направляющие рычаги, установленные со смещением своего центра вращения относительно центра вращения ведущего вала. При этом направляющие рычаги имеют по два основания, между которыми установлена шестерня, неподвижная относительно ведущего вала, а поршни установлены оппозитно относительно друг друга. Согласно изобретению рабочие отверстия поршней имеют зубчатые венцы, постоянно находящиеся в зацеплении с шестернями ведущего вала, а на концах направляющих рычагов имеются отверстия для установки рычагов на вал подвижно относительно вала. 4 з.п. ф-лы, 15 ил.
Данное изобретение относится к области двигателестроения и может быть применено в качестве двигателя для транспортных средств.
Известен двигатель внутреннего сгорания, имеющий предкамеру, связанную с основной камерой сгорания каналом, предкамера размещена вне цилиндра и имеет устройство для введения под давлением топлива и устройство с распыляющим отверстием (патент СССР №886758, F 02 В 19/12, опубликовано 30.11.81 г.).
Недостатком данной конструкции является усложненность выполнения двигателя, большое трение в поршневом блоке двигателя.
Известна роторная машина с двухвершинным ротором, уплотнительными элементами в его вершинах и прямоугольным пазом, установленный в рабочей камере и связан с выходным валом посредством ползуна (патент Российской Федерации №2095593, F 02 В 55/00, F 01 С 1/04, F 03 С 2/22, F 04 С 2/04, опубликовано 11.01.94 г.).
Данная конструкция двигателя имеет следующие недостатки: нет возможности сжатия топливной смеси, сложность поддержания непрерывной работы двигателя, большое трение при передвижении ротора.
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с профилированной рабочей поверхностью в виде эллипса, цилиндрический ротор, установленный на валу и снабженный двумя качающимися поршнями, контактирующими с рабочей поверхностью корпуса (патент Российской Федерации №2156366, F 02 В 55/00, опубликовано 02.03.1999 г.).
Данная конструкция двигателя имеет следующие недостатки: существует возможность сжатия пружин качающихся поршней работающими газами и, как следствие этого, остановка работы двигателя, нет возможности сжатия топливной смеси поршнями.
Данное изобретение по поставленной задаче и техническим характеристикам наиболее сходно с предлагаемым изобретением и было принято мною за прототип.
Цель данного изобретения - повышение надежности работы роторно-поршневых двигателей, улучшение балансировки двигателя, уменьшение сложности проектирования роторно-поршневого двигателя, снижение трения между уплотнительным элементом поршня и стенками поршневого блока двигателя, снижение токсичности двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (далее по описанию - двигатель) состоит из эллипсоидного корпуса, разделенного на рабочие камеры, крышек корпуса, ведущего вала, проходящего через середину рабочих камер, направляющих рычагов, установленных на ведущем валу, поршней двигателя, имеющих круглую форму, установленных в рабочих камерах. Направляющие рычаги имеют два основания, соединенные между собой с одного конца. Два других конца свободны и с этой же стороны, на основаниях имеются отверстия для установки на ведущий вал двигателя, одно отверстие больше другого, на одном из отверстий установлен упор, посредством которого рычаг прижимается на валу крышкой корпуса двигателя. Между основаниями со свободными концами устанавливается шестерня ведущего вала, неподвижная относительно ведущего вала. Поршни имеют на основаниях рабочие круглые отверстия с уплотнительным элементом. Рабочие круглые отверстия смещены относительно центра поршней, в эти отверстия установлены направляющие рычаги. Рабочие круглые отверстия имеют зубчатый венец в средней части. Зубчатые венцы постоянно находятся в зацеплении с шестернями ведущего вала, установленные между оснований направляющих рычагов. Направляющие рычаги одним своим концом установлены на ведущем вале подвижно относительно ведущего вала, а другим упираются в уплотнительный элемент рабочих круглых отверстий, расположенных на основаниях поршней. Верхняя точка рабочих круглых отверстий и вершина направляющих рычагов (относительно центра ведущего вала) в условно верхнем положении находятся на большой оси эллипсоидного корпуса двигателя, в среднем положении верхняя точка рабочих круглых отверстий и вершина направляющих рычагов находятся на малой оси эллипсоидного корпуса двигателя, но обращены в различные стороны по отношению к моменту их установки в верхнем положении, в нижнем положении вершина направляющих рычагов и верхняя точка рабочих круглых отверстий снова установлены на большой оси эллипсоидного корпуса двигателя. Диаметр рабочих круглых отверстий включает в себя длину направляющего рычага и радиус шестерни ведущего вала, при этом центр поршней находится внутри окружности рабочих круглых отверстий. Поршни установлены оппозитно относительно друг друга и имеют отверстия в своем корпусе для балансировки. На боковых стенках рабочих камер установлены газовые уплотнения. В каждой вершине корпуса двигателя, для каждого из поршней, имеются отверстия для установки свечей зажигания и форсунок. В средней части корпуса двигателя установлен газораспределительный механизм, состоящий из крышек, имеющих вводные отверстия для воздуха и выводные отверстия отработанных газов, проходящие к основанию крышек, барабанов, разделенных на две части зубчатым венцом, входящим в зацепление с шестерней газораспределительного механизма, установленной на ведущем валу. Барабаны имеют отверстия на своих основаниях. Ведущий вал имеет определенные установочные места для направляющих рычагов и шестерней ведущего вала и на одном из концов ведущего вала установлен маховик.
На фигуре 1 показана общая схема роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (вид сбоку со стороны вводных отверстий для воздуха, вид сбоку со стороны выводных отверстий отработавших газов).
На фигуре 2 показана общая схема роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (вид сбоку в разрезе по центру корпуса двигателя, поршней и газораспределительного механизма).
На фигуре 3 показана схема направляющих рычагов (вид сверху, вид сбоку).
На фигуре 4 показана схема шестерни ведущего вала (вид сверху, вид сбоку).
На фигуре 5 показана схема поршня (вид сверху, вид сбоку в разрезе по центру поршня).
На фигуре 6 показана схема установки направляющего рычага в рабочее круглое отверстие поршня (вид сверху).
На фигуре 7 показана схема расположения поршня и направляющего рычага в верхней точке (вид сверху).
На фигуре 8 показана схема расположения поршня и направляющего рычага в средней точке (вид сверху, стрелками обозначены направления вращения направляющего рычага, поршня и ведущего вала).
На фигуре 9 показана схема расположения поршня и направляющего рычага в нижней точке (вид сверху).
На фигуре 10 показана схема крышки газораспределительного механизма с вводными отверстиями для воздуха и выводными отверстиями отработавших газов (вид сверху).
На фигуре 11 показана схема барабана (вид сбоку, вид сверху).
На фигуре 12 показана схема установки барабанов и расположения на барабанах отверстий с зацеплением зубчатых венцов барабанов с шестерней газораспределительного механизма.
На фигуре 13 показана схема установочных мест для барабанов и вводных отверстий для воздуха и выводных отверстий отработавших газов с уплотнительными элементами.
На фигуре 14 показана схема ведущего вала с местами установки направляющих рычагов и шестерней ведущего вала (вид сбоку).
На фигуре 15 показана схема крышки корпуса двигателя.
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (далее по описанию - двигатель) (фиг.1) имеет корпус 1, разделенный на рабочие камеры 2 и 3, крышки корпуса 4 и 5, ведущий вал 6, проходящий через середину рабочих камер 2 и 3, направляющие рычаги 7 и 8, установленные на ведущем валу 6 (фиг.2), поршни 9 и 10 двигателя, имеющие круглую форму, установленные в рабочих камерах 2 и 3. Направляющие рычаги 7 и 8 имеют по два основания соответственно 11 и 12, 13 и 14, соединенные между собой с одного конца. Два других конца свободны и с этой же стороны на основаниях имеются отверстия соответственно 15 и 16, 17 и 18 для установки на ведущий вал 6, отверстия 16 и 18 больше отверстий 15 и 17 (фиг.3). Между основаниями 11 и 12, 13 и 14 направляющих рычагов 7 и 8 устанавливаются соответственно шестерни 19 и 20 ведущего вала 6 неподвижные относительно ведущего вала 6 (фиг.4). Направляющие рычаги имеют упор на одном из своих оснований для рычага 7 - упор 21, для рычага 8 - упор 22. Поршни 9 и 10 имеют на основаниях рабочие круглые отверстия 23 с уплотнительными элементами 24 (фиг.5). Рабочие круглые отверстия 23 смещены относительно центра поршней 9 и 10, в эти отверстия установлены направляющие рычаги 7 и 8. Рабочие круглые отверстия 23 имеют зубчатые венцы соответственно 25 и 26 в своей средней части. Зубчатые венцы 25 и 26 постоянно находятся в зацеплении с шестернями 19 и 20 ведущего вала 6, установленные между оснований направляющих рычагов 7 и 8 (фиг.6). Направляющие рычаги 7 и 8 закреплены на ведущем вале 6 подвижно относительно ведущего вала 6, а вершинами упираются в уплотнительные элементы 24 рабочих круглых отверстий 23. Верхняя точка рабочих круглых отверстий 23 и вершины направляющих рычагов 7 и 8 (относительно центра ведущего вала 6) в условно верхнем положении находятся на большой оси эллипсоидного корпуса 1 двигателя, в среднем положении верхняя точка рабочих круглых отверстий и вершина направляющих рычагов 7 и 8 находятся на малой оси эллипсоидного корпуса 1 двигателя, но обращены в различные стороны по отношению к моменту их установки в верхнем положении, в нижнем положении вершины направляющих рычагов 7 и 8 и верхняя точка рабочих круглых отверстий снова установлены на большой оси эллипсоидного корпуса 1 двигателя (фиг.7, 8, 9). Диаметр рабочих круглых отверстий 23 включает в себя длину направляющего рычага от вершины направляющего рычага до центра ведущего вала и радиус шестерни ведущего вала. Поршни 9 и 10 также установлены со смещением центра относительно центра ведущего вала 6. Поршни 9 и 10 установлены оппозитно относительно друг друга и имеют отверстия в своем корпусе для балансировки. На боковых сторонах рабочих камер 2 и 3 установлены газовые уплотнения 27. В средней части корпуса 1 двигателя установлен газораспределительный механизм, состоящий из крышек 28, 29 (фиг.10), имеющих с боковой стороны вводные отверстия для воздуха 30 и выводные отверстия отработанных газов 31 и проходящие к основанию крышек 28, 29. Внутри, под крышками 28, 29 установлены барабаны 32, 33, 34, 35 в установочные места 36 для барабанов с уплотнительными элементами 37, имеющиеся в крышках 28, 29. Барабаны 32, 33 для подачи воздуха, барабаны 34, 35 для вывода отработавших газов. Каждый барабан в своей средней части имеет зубчатый венец 38 (фиг.11), делящий барабаны на две части и зацепленный с шестерней 39 газораспределительного механизма, установленной на ведущий вал 6 неподвижно, соотношение передаточных чисел между шестерней газораспределительного механизма и зубчатыми венцами соответственно 4:1 (фиг.12). На каждом основании барабанов имеются отверстия, для барабанов 32, 33 для подачи воздуха отверстия 40, для барабанов 34, 35 для вывода отработавших газов отверстия 41. Вводные отверстия для воздуха 30 и выводные отверстия отработанных газов 31 крышек 28, 29 в установочных местах 36 для барабанов 32, 33, 34, 35 проходят выше места установки зубчатых венцов 38 барабанов и выходят наружу через крышки 28, 29 (фиг.13). В корпусе рабочих камер 2 и 3 имеются вырезы 42, которые при присоединении к крышкам 28, 29 совмещаются с отверстиями 30 и 31. В каждой вершине эллипсоидного корпуса 1 двигателя имеются установочные места для форсунок 43 и свечей зажигания 44. Ведущий вал 6 также имеет установочные места 45 для шестерней ведущего вала и места 46 для направляющих рычагов. Крышки корпуса имеют в месте, где устанавливается ведущий вал 6, упоры соответственно для крышек 4 и 5 упоры 47 и 48. На одном из концов ведущего вала 6 установлен маховик 49.
Работа
Рабочие камеры 2 и 3 поршнями 9 и 10 делятся на половины, которые то увеличиваются, то уменьшаются в зависимости от движения поршней. Длина хода поршней 9 и 10 равна двойному расстоянию от центра вращения поршня до центра вращения ведущего вала 6.
Под воздействием расширения газов, например, поршень 9 начинает вытесняться в противоположную сторону рабочей камеры 2 (Фиг.7). Для того чтобы перейти в противоположную сторону поршню 9 необходимо повернуть направляющий рычаг 7. Под воздействием расширяющихся газов поршень 9 поворачивает ведущий вал 6 посредством зацепления зубчатого венца 23 и шестерни 19 ведущего вала, при этом направляющий рычаг 7 вращается в противоположную сторону (фиг.8). При работе поршня 9 поршнем 10 осуществляется сжатие топливной смеси в рабочей камере 3. С другой его стороны осуществляется всасывание воздуха через открывшиеся отверстие 30 отверстием 40 барабана 33, так как посредством направляющего рычага 8 и шестерни 20 ведущего вала, поршень 10 будет двигаться к противоположной стороне рабочей камеры 3. Когда поршень 9 займет нижнюю точку своего движения (фиг.9), поршень 10 полностью сожмет топливную смесь с одной своей стороны, а с другой осуществит всасывание воздуха в рабочую камеру 3, при этом отверстие 40 барабана 33 закроет отверстие 30, а затем посредством форсунки 43 в рабочую камеру 3 впрыскивается топливо. В рабочей камере 2 открывается отверстие 31 посредством отверстия 41 барабана 34 (со стороны воспламененных газов) газы начинают выходить из рабочей камеры, при этом зажигаются сжатые топливные газы в рабочей камере 3. Поршень 10 начинает работу, при этом, сжимая топливную смесь, поданную в рабочую камеру 3 с другой его стороны. Поршнем 9 с одной стороны осуществляется выталкивание отработанных газов, а с противоположной его стороны осуществляется всасывание воздуха, после открытия отверстия 30 барабаном 32 посредством отверстия 40. Когда поршень 10 под воздействием топливных газов займет нижнее положение и сожмет предварительно поданные газы с другой своей стороны, со стороны воспламененных газов рабочей камеры 3 откроется отверстие, при этом с другой стороны осуществляется воспламенение и т.д.
1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с рабочими камерами и крышками, газораспределительный механизм, ведущий вал, проходящий через середину рабочих камер, установленные в рабочих камерах круглые поршни, имеющие на основаниях смещенные относительно центра поршней рабочие круглые отверстия с уплотнительными элементами, в которые установлены направляющие рычаги, вершинами упирающиеся в уплотнительные элементы и установленные со смещением своего центра вращения относительно центра вращения ведущего вала, при этом направляющие рычаги имеют по два основания, между которыми установлена шестерня, неподвижная относительно ведущего вала, причем поршни установлены оппозитно относительно друг друга, отличающийся тем, что рабочие круглые отверстия поршней имеют зубчатые венцы, постоянно находящиеся в зацеплении с шестернями ведущего вала, а на концах направляющих рычагов имеются отверстия для установки рычагов на вал подвижно относительно вала.
2. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что газораспределительный механизм выполнен с барабанами, посредством которых вводится воздух или удаляются отработавшие топливные газы.
3. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что газораспределительный механизм состоит из крышек, в которых сделаны вводные для воздуха и выводные для отработавших газов отверстия, внутри расположены барабаны, имеющие зубчатые венцы, которые зацеплены с шестерней газораспределительного механизма, зубчатые венцы барабанов и шестерня газораспределительного механизма имеют передаточные числа 1:4.
4. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что барабаны имеют отверстия на основаниях, посредством которых открываются/закрываются вводные отверстия для воздуха и выводные отверстия отработавших топливных газов, расположенные в крышках газораспределительного механизма.
5. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.4, отличающийся тем, что изначально в камере сгорания находится воздух, посредством форсунки образуется топливная смесь, при этом посредством отверстия на основании барабана вводное отверстие для воздуха в крышке газораспределительного механизма закрыто.
