Патент на изобретение №2315874

(54) РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области моторостроения и может быть использовано в производстве двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в улучшении технико-экономических показателей. Согласно изобретению роторный двигатель внутреннего сгорания содержит 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. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области моторостроения и может быть использовано в производстве двигателей внутреннего сгорания с качательным движением рабочих органов, применяемых в автомобилестроении, тракторостроении, тепловозостроении, судостроении и т.п.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической рабочей камерой, разделенной на полости изменяемого объема радиальными неподвижными перегородками, ротор со ступицей и лопастными рабочими органами, установленными на промежуточном вале в рабочей камере, выходной вал, механизм преобразования возвратно-качательного движения ротора во вращательное движение выходного вала, систему золотникового газораспределения с впускным и выпускным коллекторами и шестеренчатой передачей (патент США №338284&, кл. 123-16, опубл. 1966 г.).

Недостатком известного двигателя внутреннего сгорания является то, что привод клапанной системы выполнен в виде взаимодействующих посредством удара размещенных на тарельчатых клапанах толкателей, что не обеспечивает необходимое качество газообмена, а это снижает мощностные показатели двигателя.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащий корпус с цилиндрической рабочей камерой, разделенной на полости изменяемого объема радиальными выступами корпуса, ротор со ступицей и лопастными рабочими органами, установленный на промежуточном вале в рабочей камере, выходной вал, механизм преобразования возвратно-качательного движения ротора во вращательное движение выходного вала, систему золотникового газораспределения с впускным и выпускным коллекторами и шестеренчатой передачей, причем система впуска топливо-воздувной смеси снабжена двумя цилиндрическими золотниками, установленными концентрично ступице ротора с возможностью взаимно-противоположного вращения и связанными с полостями изменяемого объема при помощи отверстий в ступице ротора в зоне основания рабочих органов, а система выпуска отработанных газов снабжена общим для двух смежных полостей изменяемого объема каналом в радиальном выступе корпуса и связанным с полостями изменяемого объема при помощи отверстий в боковых стенках выступов (патент РФ №2029114, кл. F02В 55/00, опубл. 20.02.95).

Недостатками известной конструкции двигателя внутреннего сгорания являются сложность системы золотникового газораспределения, большой объем рабочей смеси в осевом канале ротора, наличие остаточных отработанных газов в рабочих камерах, что снижает технико-экономические показатели двигателя.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является конструкция роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащего корпус с концентрично установленным в нем с образованием четырех рабочих камер двухлопастным качающимся ротором, систему газораспределения клапанного типа, включающую два распределительных вала, расположенных параллельно валу ротора по разные стороны относительно его лопастей и механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала, при этом двигатель снабжен вспомогательным валом, расположенным соосно выходному валу, перпендикулярно с выходным валом валу ротора, причем вспомогательный и выходной валы связаны с распределительными валами коническими зубчатыми передачами, причем механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала выполнен в виде установленной на валу ротора вилки и закрепленной в ее соосных отверстиях и связанной с выходным и вспомогательным валами крестовины, в корпусе которой могут быть установлены клапаны системы газораспределения при возможном расположении крестовины под переменным углом к осям выходного и вспомогательного валов (патент РФ №2051276, кл. F01С 9/00, F02В 53/00, опубл. 27.12.95 – прототип).

Недостатками известного роторного двигателя внутреннего сгорания являются:

– громоздкость конструкции;

– сложность, а следовательно, невысокая надежность в работе (наличие двух распределительных валов, клапанной системы газораспределения, вспомогательного вала);

– высокий уровень шума (из-за наличия клапанов в системе газораспределения);

– пониженные технико-экономические показатели (к.п.д., мощность, экономичность) из-за наличия остаточных отработанных газов в рабочих камерах роторного двигателя после такта выхлопа.

Технической задачей изобретения является создание новой конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, обладающего компактностью, высокой надежностью в работе, низким уровнем шума и повышенными технико-экономическими показателями.

Техническая задача решается в конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащего 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, в котором, согласно изобретению, на конце выходного зала, обращенном к валу ротора, закреплены две отдельно расположенные, соосные цилиндрические шестерни, а механизм преобразования качательного движения вала ротора во вращательное выходного вала содержит коромысло, закрепленное на концах 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 зубчатых колес смонтированы пальцы с возможностью их попеременного входа в пазы коромысла при качательном движении вала ротора и поворота при этом зубчатых колес и шестерни вместе с выходным валом, причем газораспределительное устройство выполнено в виде бесклапанного механизма, включающего четыре поворотные эвольвентно-конические шестерни, расположенные на наружных поверхностях рабочих камер двигателя, причем в торце ступицы каждой шестерни выполнены два сквозных отверстия, а в стенке каждой рабочей камеры двигателя также выполнены два сквозных отверстия с возможностью при поворотах эвольвентно-конической шестерни одному из этих отверстий образования с соответствующим сквозным отверстием в эвольвентно-конической шестерне впускного топливного канала и подсоединения его к патрубку подачи топливо-воздушной смеси или воздуха, а другому отверстию образования с соответствующим сквозным отверстием эвольвентно-конической шестерни канала выпуска отработанных газов и подключения его к патрубку отвода отработанных газов, при этом эвольвентно-конические шестерни кинематически связаны с приводным выходным валом посредством составного зубчатого колеса, имеющего с одной стороны зацепление со второй цилиндрической шестерней выходного вала, а с другой стороны – с эвольвентно-коническими шестернями на наружных поверхностях рабочих камер, причем нормальная работа двигателя обеспечена при следующих передаточных отношениях находящихся в зацеплении зубчатых пар:

; ; ;

где Z₁ – число зубьев каждого из колес, приводящих во вращение выходной вал;

Z₂ – число зубьев шестерни выходного вала. находящейся в зацеплении с приводными шестернями;

Z₃ – число зубьев цилиндрической части промежуточного составного колеса;

Z₄ – число зубьев второй шестерни выходного вала, находящейся в зацеплении с цилиндрической частью промежуточного составного колеса;

Z₅ – число зубьев эвольвентно-конической части промежуточного составного колеса;

Z₆ – число зубьев каждой эвольвентно-конической шестерни.

В таком роторном двигателе внутреннего сгорания в каждой рабочей камере может быть установлен с выходом наружу очистительный механизм, включающий очистительную планку, имеющую возможность поворота при контакте с поворотной эвольвентно-конической шестерней в конце такта выхлопа отработанных газов из рабочей камеры на величину угла, при котором происходит в рабочей камере полный выброс остаточных отработанных газов через внутренний канал эвольвентно-конической шестерни и патрубок отвода отработанных газов.

Применение в таком роторном двигателе внутреннего сгорания привода к газораспределительному устройству в виде шестеренчато-зубчатой передачи уменьшает габариты двигателя, придавая ему компактность.

Замена клапанной системы, обычно применяемой в газораспределительных устройствах, простой конструкцией совмещения выпускного отверстия патрубка подачи топливо-воздушной смеси или воздуха с впускным отверстием топливного канала, а также совмещения входного отверстия патрубка отвода отработанных газов и выпускного отверстия канала отработанных газов, причем эти совмещения осуществляются с помощью простого шестеренчато-зубчатого привода с легко заменяемыми составляющими, повышает надежность роторного двигателя внутреннего сгорания.

Отсутствие клапанной системы в газораспределительном устройстве снижает уровень шума при работе двигателя.

Очистительный механизм с поворотной очистительной планкой способствует очистке рабочей камеры от остаточных отработанных газов в конце такта выхлопа, что повышает к.п.д., мощность и экономичность роторного двигателя внутреннего сгорания.

Сопоставительной анализ заявляемого изобретения и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого объекта по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения “новизна”.

Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании новой конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, обладающей компактностью, надежностью в работе, низким уровнем шума и повышенными технико-экономическими показателями.

Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вввод о соответствии заявляемого изобретения критерию “существенные отличия”.

Использование конструкции по заявляемому изобретению в двигателестроении обеспечивает ему соответствие критерию изобретения “промышленная применимость”.

Предлагаемая конструкция изображена на чертежах, где:

на фиг.1 показан общий вид роторного двигателя внутреннего сгорания (вид спереди);

на фиг.2 – вид сверху на роторный двигатель внутреннего сгорания;

на фиг.3 – разрез по А-А на фиг.2;

на фиг.4 – механизм очистки рабочих камер от остаточных отработанных газов.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус 1 с концентрично установленным в нем с образованием четырех рабочих камер 2 двухлопастным качающимся ротором 3, механизм преобразования качательного движения вала 4 ротора 3 во вращательное выходного вала 5, а также газораспределительное устройство, причем на конце выходного вала 5, обращенном к валу 4 ротора 3, закреплены две отдельно расположенные, соосные цилиндрические шестерни 6, 7, а механизм преобразования качательного движения вала 4 ротора 3 во вращательное выходного вала 5 содержит коромысло 8, закрепленное на конце вала 4 ротора 3, соосно с ним расположенное и имеющее на концах два паза 9, 10, при этом шестерня 6 выходного вала 5 имеет диаметрально противоположные сцепления с двумя зубчатыми колесами 11, 12 для ее попеременного привода во вращение в одну сторону, причем на ступицах приводных зубчатых колес 11, 12 смонтированы пальцы 13, 14 с возможностью их попеременного входа в пазы 9, 10 коромысла 8 при качательном движении вала 4 ротора 3 и поворота при этом зубчатых колес 11, 12 и шестерни 6 вместе с выходным валом 5, причем газораспределительное устройство выполнено в виде бесклапанного механизма, содержащего четыре поворотные эвольвентно-конические шестерни 15, расположенные на наружных поверхностях рабочих камер 2 двигателя, причем в торце ступицы каждой шестерни 15 выполнены два сквозных отверстия 16, 17, а в стенке каждой рабочей камеры 2 двигателя выполнены два сквозных отверстия 18, 19 с возможностью при поворотах эвольвентно-конической шестерни 15 отверстию 18 образования с отверстием 16 впускного топливного канала и подсоединения его к патрубку 20 подачи топливо-воздушной смеси или воздуха, а другому отверстию 19 образования с отверстием 17 канала выпуска отработанных газов из рабочей камеры 2 и подсоединения его к патрубку 21 отвода отработанных газов, при этом эвольвентно-конические шестерни 15 кинематически связаны с приводным выходным валом 5 посредством составного зубчатого колеса 22, имеющего с одной стороны зацепление со второй цилиндрической шестерней 7 выходного вала 5, а с другой стороны – с эвольвентно-коническими шестернями 15, причем нормальная работа двигателя обеспечена при следующих передаточных отношениях находящихся в зацеплении зубчатых пар:

; ; ;

где

Z₁ – число зубьев каждого из колес 11,12;

Z₂ – число зубьев шестерни 6 выходного вала 5;

Z₃ – число зубьев цилиндрической части составного колеса 22;

Z₄ – число зубьев шестерни 7 выходного вала 5;

Z₅ – число зубьев эвольвентно-конической части составного колеса 22;

Z₆ – число зубьев каждой эвольвентно-конической шестерни 15.

В таком роторном двигателе внутреннего сгорания в каждой рабочей камере 2 установлен с выходом наружу очистительный механизм, включающий очистительную планку 23, имеющую возможность поворота при контакте ее выступа 24 с выступом 25 поворотной эвольвентно-конической шестерни 15 в конце такта выхлопа отработанных газов из рабочей камеры 2 на величину угла, при котором происходит в рабочей камере 2 полный выброс остаточных отработанных газов через внутренний канал 19, 17 эвольвентно-конической шестерни 15 и патрубок 21 отвода отработанных газов.

Роторный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Лопасти ротора 3, закрепленные на роторном вале 4, под действием рабочих газов совершают качательное движение в рабочих камерах 2 и передают его роторному валу 4 с укрепленным на нем коромыслом 8, на концах которого выполнены пазы 9, 10, которые попеременно сочленяются с пальцами 13, 14, смонтированными на зубчатых колесах 11, 12, которые, попеременно входя в пазы 9, 10, придают через зубчатые колеса 11, 12 вращательное движение шестерне 6, а с ней и выходному валу 5. От второй шестерни 7 приведенного выходного вала 5 вращение передается через промежуточное составное зубчатое колесо 22 эвольвентно-коническим шестерням 15, входящим в состав газораспределительного устройства.

Впуск в рабочую камеру 2 топливовоздушной смеси или воздуха осуществляется при повороте соответствующей эвольвентно-конической шестерни 15 таким образом, чтобы впускное отверстие патрубка 20 подачи топливо-воздушной смеси или воздуха совпало с входным отверстием впускного внутреннего топливного канала 16, 18 эвольвентно-конической шестерни 15.

Выпуск отработанных газов из рабочей камеры 2 осуществляется при повороте соответствующей эвольвентно-конической шестерни 15 таким образом, чтобы выпускное отверстие внутреннего канала 19, 17 эвольвентно-конической шестерни15 совпало с впускным отверстием патрубка 21 отвода отработанных газов.

Таким образом предлагаемая конструкция отличается компактностью вследствие применения компактных зубчатых передач с легкозаменяемыми составными частями.

Отсутствие в конструкции газораспределительного устройства системы клапанов упрощает конструкцию роторного двигателя внутреннего сгорания, повышая его надежность, а также снижает уровень шума при работе двигателя.

Возможное применение в конструкции очистительного механизма в виде очистительной планки 23, при повороте которой под действием эвольвентно-конической шестерни 15 происходит очистка рабочей камеры 2 от остаточных отработанных газов в конце такта выхлопа, увеличивает рабочий объем камеры, повышая к.п.д., мощность и экономичность двигателя.

Приведенные новые конструктивные изменения роторного двигателя внутреннего сгорания обеспечивают преимущества предложенной конструкции над прототипом.

Формула изобретения

1. 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, отличающийся тем, что на конце выходного вала, обращенном к валу ротора, закреплены две отдельно расположенные, соосные цилиндрические шестерни, а 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, причем газораспределительное устройство выполнено в виде бесклапанного механизма, содержащего четыре поворотные эвольвентно-конические шестерни, расположенные на наружных поверхностях рабочих камер двигателя, причем в торце ступицы каждой эвольвентно-конической шестерни выполнены два сквозных отверстия, а в стенке каждой рабочей камеры двигателя выполнены также два сквозных отверстия с возможностью при поворотах эвольвентно-конической шестерни одному из отверстий в рабочей камере образования с соответствующим сквозным отверстием эвольвентно-конической шестерни впускного топливного канала и подсоединения его к патрубку подачи топливо-воздушной смеси или воздуха, а другому отверстию в стенке рабочей камеры образования с соответствующим сквозным отверстием эвольвентно-конической шестерни канала выпуска отработанных газов из рабочей камеры и подсоединения его к патрубку отвода отработанных газов, при этом эвольвентно-конические шестерни кинематически связаны с приводным выходным валом посредством составного зубчатого колеса, имеющего с одной стороны зацепление со второй цилиндрической шестерней выходного вала, а с другой стороны – с эвольвентно-коническими шестернями на наружных поверхностях рабочих камер, причем нормальная работа двигателя обеспечена при следующих передаточных отношениях находящихся в зацеплении зубчатых пар:

где Z₁ – число зубьев каждого из колес, приводящих во вращение выходной вал;

Z₂ – число зубьев шестерни выходного вала, находящейся в зацеплении с приводными шестернями;

Z₃ – число зубьев цилиндрической части промежуточного составного колеса;

Z₄ – число зубьев второй шестерни выходного вала, находящейся в зацеплении с цилиндрической частью промежуточного составного колеса;

Z₅ – число зубьев эвольвентно-конической части промежуточного составного колеса;

Z₆ – число зубьев каждой эвольвентно-конической шестерни.

2. Роторный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в каждой рабочей камере двигателя установлен с выходом наружу очистительный механизм, включающий очистительную планку, имеющую возможность поворота при контакте ее с поворотной эвольвентно-конической шестерней в конце такта выхлопа отработанных газов для выброса остаточных отработанных газов через канал выпуска отработанных газов внутри эвольвентно-конической шестерни и патрубок отвода отработанных газов.

РИСУНКИ