Роторный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статор, вал с эксцентриком и ротор. Статор состоит из корпуса с внутренней цилиндрической расточкой, двух боковых крышек с подшипниковыми опорами и с всасывающими и выпускными окнами, и установленными в нем свечами зажигания или форсунками. Вал установлен в подшипниках. Ротор вращается на эксцентрике вала и выполнен в виде диска. Торцевые поверхности диска ротора представляют собой плоскость. Рабочая поверхность ротора выполнена по эпициклоиде. Боковые крышки имеют участки плоской поверхности, сопряженной с торцевыми поверхностями ротора. Внутренняя цилиндрическая поверхность расточки статора выполнена также по эпициклоиде. На поверхности впадин расточки статора и/или на поверхности выступов ротора выполнены дополнительные впадины для образования камер сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя при упрощении его конструкции и уменьшении габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с планетарным движением ротора и может быть использовано для привода стационарных агрегатов и транспортных средств.

Известен двигатель, содержащий статор, состоящий из корпуса с всасывающими и выпускными окнами, и двух боковых крышек с всасывающими и выпускными окнами, ротор, располагающийся в расточке корпуса на эксцентриковом валу и совершающий в ней планетарное движение (см. Бениович B.C. Ротопоршневые двигатели / B.C. Бениович, Г.Д. Апазиди, A.M. Бойко. - Москва: Машиностроение, 1968. табл 1, с. 5-10). В корпусе установлены свечи зажигания. Форма расточки в корпусе представляет собой цилиндрическую поверхность с направляющей кривой в виде или трохоиды, или внешней огибающей семейства трохоид при их планетарном движении, аналогичном движению ротора. Рабочая поверхность ротора также представляет собой цилиндрическую поверхность с направляющей кривой в виде или трохоиды, или внутренней огибающей семейства трохоид при их планетарном движении, аналогичном движению ротора. На поверхностях профиля ротора и статора могут иметься выемки для формирования топливно-воздушного потока и образования камеры сгорания. Эксцентриковый вал установлен в подшипниках, расположенных в боковых крышках. Описание роторного двигателя Ванкеля дано см. Бениович B.C. Ротопоршневые двигатели / B.C. Бениович, Г.Д. Апазиди, A.M. Бойко. - Москва: Машиностроение, 1968, с. 10-61. В его основу положена эпитрохоидная расточка статора и внутренняя огибающая для ротора. Недостатком данной конструкции является то, что она имеет большое количество подвижных уплотнительных элементов, расположенных на роторе и подвергающихся воздействию значительных центробежных сил, следствием чего является снижение ресурса двигателя. Другим ее недостатком является невозможность получения достаточной степени сжатия для дизельного режима работы одноступенчатой секции двигателя.

В книге Бениович B.C. Ротопоршневые двигатели / B.C. Бениович Г.Д. Апазиди, A.M. Бойко. - Москва: Машиностроение, 1968, табл. 1, с. 8 также рассмотрены двигатели с эпитрохоидной или гипотрохоидной поверхностью ротора и внешней огибающей для статора. Недостатком конструкции с гипотрохоидной кривой является невозможность получения достаточной степени сжатия для дизельного режима работы одноступенчатой секции двигателя. Недостатком рассмотренных конструкции с эпитрохоидной кривой поверхности ротора является использование эпитрохоид с параметром формы «С» более 2, что приводит к ухудшению массо-габаритных параметров двигателя. Необходимость использования эпитрохоид с параметром формы «С» более 2 определяется необходимостью размещения синхронизирующих шестерен.

В качестве прототипа выбран двигатель компании «РЕНО», описанный в книге Бениович B.C. Ротопоршневые двигатели / B.C. Бениович, Г.Д. Апазиди, A.M. Бойко. - Москва: Машиностроение, 1968, с. 128-129. Он имеет статор, состоящий из корпуса с всасывающими и выпускными окнами и двух боковых крышек, ротор, располагающийся в расточке корпуса на эксцентриковом валу и совершающий в ней планетарное движение. В корпусе установлены клапаны механизма газораспределения. Форма расточки в корпусе представляет собой цилиндрическую поверхность с направляющей кривой в виде внешней огибающей семейства эпитрохоид при их планетарном движении, аналогичном движению ротора. Рабочая поверхность ротора представляет собой цилиндрическую поверхность с направляющей кривой в виде эпитрохоиды. На поверхностях профиля статора имеются выемки для образования камеры сгорания и отверстия для подвода воздуха и отвода отработавших газов. Эксцентриковый вал установлен в подшипниках, расположенных в боковых крышках. Воспламенение горючей смеси от сжатия. Недостатками конструкции данного двигателя является сложность изготовления статора ввиду сложности математической кривой внешней огибающей, более худшие массо-габаритные показатели в виду применения показателя «С» более 2 и наличие сложного механизма газораспределения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание роторного двигателя внутреннего сгорания с более высокой эффективностью работы при упрощении конструкции и уменьшении габаритов.

Поставленный технический результат достигается тем, что в роторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем статор, состоящий из корпуса с внутренней цилиндрической расточкой, двух боковых крышек с подшипниковыми опорами и с всасывающими и выпускными окнами, и установленными в нем свечами зажигания или форсунками, вал с эксцентриком, установленный в подшипниках, и ротор, вращающийся на эксцентрике вала, ротор выполнен в виде диска, торцевые поверхности диска ротора представляют собой плоскость, рабочая поверхность ротора выполнена по эпициклоиде, боковые крышки имеют участки плоской поверхности, сопряженной с торцевыми поверхностями ротора, внутренняя цилиндрическая поверхность расточки статора выполнена также по эпициклоиде, на поверхности впадин расточки статора и/или на поверхности выступов ротора выполнены дополнительные впадины для образования камер сгорания, при этом газораспределительная система может быть размещена в теле ротора в виде газораспределительных каналов кольцевой формы по одному на каждой торцевой поверхности ротора и выполненных на рабочей поверхности ротора газораспределительных окон, соединенных с каналами, при этом газораспределительные окна и каналы в роторе выполнены таким образом, что при перемещении ротора внутри статора обеспечивается периодическое синхронизированное с тактами рабочего цикла соединение рабочих замкнутых полостей, образуемых рабочими поверхностями статора и ротора с всасывающими и выпускными окнами двух боковых крышек статора.

Отличие предлагаемого устройства от известного состоит в том, что рабочая поверхность статора выполнена по эпициклоиде, более простой геометрической кривой. Рабочая (боковая) поверхность ротора выполнена также по эпициклоиде. При этом газораспределение может осуществляться путем размещения в теле ротора газораспределительных каналов и выполнения на рабочей поверхности ротора газораспределительных окон. Газораспределительные окна и каналы в роторе выполнены таким образом, что при перемещении ротора внутри статора обеспечивается периодическое синхронизированное с тактами рабочего цикла соединение рабочих замкнутых полостей, образуемых рабочими поверхностями статора и ротора с всасывающими и выпускными окнами двух боковых крышек статора. На рабочих поверхностях статора и/или ротора дополнительно выполнены углубления, которые формируют камеры сгорания.

Технический результат, который получается от использования изобретения, заключается в повышении удельных мощностных показателей за счет уменьшения габаритных размеров вследствие применения эпициклоид, кривых, формирующих более выпуклые поверхности по сравнению с эпитрохоидами, упрощении конструкции двигателя за счет применения более простых математических кривых для формообразования статора и ротора, и исключения клапанной системы газораспределения. Дополнительно технический результат в виде упрощения конструкции получается вследствие того, что при использовании эпициклоиды для формообразования ротора и статора появляются геометрические точки на поверхности ротора, которые при перемещении ротора периодически становятся неподвижными относительно статора, в момент, когда выступ рабочей поверхности статора входит во впадину поверхности ротора. Такое сочетание геометрической формы и наличия моментов неподвижности позволяет организовать процесс синхронизации скорости и фазы вращения ротора относительно эксцентрика вала с вращением вала относительно статора и скорости и фазы перемещения ротора относительно статора без применения синхронизирующих шестерен путем простого взаимодействия выступов статора и впадин ротора. Также технический результат получается за счет уменьшения «защемленных» объемов камеры сгорания вследствие более точного соответствия формы вытесняющих выступов эпициклоидного ротора форме камер эпициклоидного статора, что ведет к повышению эффективности работы двигателя.

На фиг. 1 показано изображение роторного двигателя (вид сбоку со снятой крышкой); на фиг. 2 показан разрез роторного двигателя.

Устройство содержит ротор, состоящий из диска 1 с газовытеснительными выступами 7, вращающегося на эксцентрике 2 вала 3, статор, состоящий из корпуса 4 с рабочими полостями 8 и дополнительными полостями 9, служащими камерами сгорания, и боковых крышек 6 и 5 с подшипниковыми узлами 10. При этом профили рабочих поверхностей выступов 7 ротора 1 и полостей 8 статора 4 выполнены по эпициклоиде. Боковые крышки 6 и 5 имеют участки с плоскими поверхностями на сторонах, обращенных внутрь корпуса, и с целью их точной и жесткой установки связаны с корпусом статора 4 при помощи штифтов и других крепежных элементов. В боковых крышках 6 и 5 располагаются окна 11 системы газораспределения роторного двигателя, впускное на крышке 6 и выпускное на крышке 5. В торцевых поверхностях ротора выполнены кольцевые каналы 12, а на рабочих поверхностях выступов 7 окна 13 системы газораспределения роторного двигателя. При этом выступы 7, имеющие окна, названы распределительными и чередуются через один с выступами 7, не имеющими окон, названными рабочими.

Вал 3 закреплен с возможностью вращения в подшипниковых узлах 10 крышек 6 и 5 статора. Механический момент можно снимать с выходных концов 14 вала 3.

Устройство работает следующим образом.

Совокупность эпициклоидных поверхностей статора и ротора образует несколько изолированных камер, число которых равно числу полостей 8 статора (в приведенном примере их число равно 7). Каждая камера образуется участками четырех поверхностей: статора, ротора и внутренних плоских поверхностей двух крышек статора. При совершении ротором 1 планетарного движения внутри статора 4 объем изолированных камер периодически меняется в зависимости от углового положения эксцентрика вала и положения ротора относительно статора. При этом в каждой камере реализуются последовательно все необходимые для работы четырехтактного ДВС такты. Газораспределение может выполняться с помощью каналов и окон в роторе (или другой системы газораспределения). На фиг. 1 показано положение ротора, в котором для крайней правой камеры статора выполняется фаза окончания вытеснения отработанных газов через выпускное газораспределительное окно распределительного выступа ротора. При дальнейшем вращении вала и перемещении ротора распределительный выступ повернется в полости статора, при этом выпускное газораспределительное окно распределительного выступа ротора выйдет за пределы рассматриваемой полости статора в соседнюю, а в расширяющуюся камеру будет засасываться воздух или топливо-воздушная рабочая смесь через впускное газораспределительное окно распределительного выступа ротора из впускного газораспределительного канала ротора и газораспределительного впускного окна крышки статора. В процессе поворота вала на 360 градусов распределительный выступ ротора постепенно выйдет из рассматриваемой полости статора и сместится к соседней полости, а его место займет соседний рабочий выступ ротора. При этом в рассматриваемой полости реализуется фаза сжатия воздуха или рабочей смеси (PC). Основная доля воздуха или PC вытеснится рабочим выступом ротора в дополнительную полость 9, где расположена свеча или форсунка. В момент максимального сжатия происходит поджиг PC или самовоспламенение впрыскиваемого горючего и начинается рабочий ход. При этом расширяющиеся газы давят на поверхность рабочего выступа ротора и через ротор на эксцентрик вала, что приводит к появлению на рабочем конце вала 14 механического момента. При дальнейшем движении ротора и повороте вала рабочий выступ выйдет из рассматриваемой полости статора в соседнюю, а его место начнет занимать следующий распределительный выступ, причем той своей стороной, на которой расположено выпускное газораспределительное окно. Начнется фаза выпуска отработанных газов через выпускное газораспределительное окно распределительного выступа ротора в выпускной газораспределительный канал ротора, и далее в газораспределительное выпускное окно крышки статора. Далее цикл повторяется. Такой же процесс происходит в каждой полости статора со смещением по фазе на величину, равную доле окружности, деленной на количество полостей статора. Механический момент с вала двигателя может быть использован для привода соответствующих машин и механизмов и частично используется для поддержания движения ротора и компенсации механических потерь в двигателе. Запуск двигателя в работу может быть осуществлен путем применения стартера.

Синхронизация вращательного движения ротора и вала для обеспечения рабочего процесса в двигателе происходит за счет взаимодействия поверхности ротора с поверхностью статора преимущественно в области выступа статора с впадиной ротора в промежутке времени, когда впадина ротора совпадает в пространстве с выступом статора. В этот момент впадина ротора оказывается неподвижной относительно выступа статора, что обеспечивает отсутствие износа и надежность синхронизации. Таким образом, данные элементы могут выступать в роли зубьев синхронизирующих шестерен.

Более высокая эффективность работы при упрощении конструкции и уменьшении габаритов является преимуществом и достоинством предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор, состоящий из корпуса с внутренней цилиндрической расточкой, двух боковых крышек с подшипниковыми опорами и с всасывающими и выпускными окнами, и установленными в нем свечами зажигания или форсунками, вал с эксцентриком, установленный в подшипниках, и ротор, вращающийся на эксцентрике вала, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде диска, торцевые поверхности диска ротора представляют собой плоскость, рабочая поверхность ротора выполнена по эпициклоиде, боковые крышки имеют участки плоской поверхности, сопряженной с торцевыми поверхностями ротора, внутренняя цилиндрическая поверхность расточки статора выполнена также по эпициклоиде, на поверхности впадин расточки статора и/или на поверхности выступов ротора выполнены дополнительные впадины для образования камер сгорания.

2. Роторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газораспределительная система размещена в теле ротора в виде газораспределительных каналов кольцевой формы по одному на каждой торцевой поверхности ротора и выполненных на рабочей поверхности ротора газораспределительных окон, соединенных с каналами, при этом газораспределительные окна и каналы в роторе выполнены таким образом, что при перемещении ротора внутри статора обеспечивается периодическое синхронизированное с тактами рабочего цикла соединение рабочих замкнутых полостей, образуемых рабочими поверхностями статора и ротора с всасывающими и выпускными окнами двух боковых крышек статора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрической полостью, крышки 2 и 3, вал 4, ротор 6, камеру сгорания 8, заслонку 9, компрессор, системы подачи топлива и зажигания.

Изобретение относится к роторному двигателю. Асимметричный роторный двигатель содержит камеру.

Изобретение относится к двигателестроению. Четырехтактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит ротор, внутреннюю часть, коллектор 4 и синхронизатор.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статор.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к отрасли транспортного машиностроения. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к приводам потребителей механической энергии. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания включает полый корпус, цилиндрический ротор с поршнем, затвор с приводом управления затвором, камеру сгорания, рабочую камеру, выхлопную камеру, выхлопное отверстие.

Изобретение относится к двигателестроению. Технический результат - упрощение конструкции и повышение мощности двигателя.

Изобретение относится к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания. Рабочая поверхность корпуса в первом варианте двигателя состоит из четырех равных по величине угла участков поверхности.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с шатунными поршнями содержит ротор, имеющий возможность совершать вращательное движение на вале с установленными по одному между его шлицами четырьмя шатунными поршнями.

Изобретение относится к роторному двигателю. Асимметричный роторный двигатель содержит камеру.

Изобретение относится к машиностроению. Многокамерный турбо-роторный двигатель состоит из статора эллипсоидной формы со спиральными каналами и ротора.

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.

Изобретение относится к тепловым двигателям роторного типа. Тепловой роторный двигатель содержит корпус с канавками, ротор, суппорт и выдвижное устройство (ВУ).

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит статор, боковые крышки, ротор, систему зажигания, форсунку, компрессор или систему турбонаддува, масляный насос, систему охлаждения, уплотнительные элементы.

Изобретение относится к машиностроению. Двигатель внутреннего сгорания состоит, по меньшей мере, из одной роторной секции, механизм которой состоит из силовой цевочной муфты и размещен внутри ротора.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания включает полый корпус, цилиндрический ротор с поршнем, затвор с приводом управления затвором, камеру сгорания, рабочую камеру, выхлопную камеру, выхлопное отверстие.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит статор, вал с эксцентриком и ротор. Статор состоит из корпуса с внутренней цилиндрической расточкой, двух боковых крышек с подшипниковыми опорами и с всасывающими и выпускными окнами, и установленными в нем свечами зажигания или форсунками. Вал установлен в подшипниках. Ротор вращается на эксцентрике вала и выполнен в виде диска. Торцевые поверхности диска ротора представляют собой плоскость. Рабочая поверхность ротора выполнена по эпициклоиде. Боковые крышки имеют участки плоской поверхности, сопряженной с торцевыми поверхностями ротора. Внутренняя цилиндрическая поверхность расточки статора выполнена также по эпициклоиде. На поверхности впадин расточки статора иили на поверхности выступов ротора выполнены дополнительные впадины для образования камер сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя при упрощении его конструкции и уменьшении габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх