роторный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с трохоидной трехвершинной полостью, торцевые крышки, овальный ротор с выходящими на цилиндрическую поверхность одного полуовала впускным и выпускным каналами, а также с газораспределительными окнами, расположенными по его торцам и выполненными в виде цилиндрических проточек с углублениями, сообщенными с соответствующими каналами ротора, в одной торцевой крышке выполнен впускной коллектор, а в другой - выпускной, причем оба коллектора расположены с возможностью сообщения с соответствующими газораспределительными окнами ротора и каналами в торцевых крышках, идущими к периферии корпуса, а также содержащий газовые и масляные уплотнения, выходной вал и механизм синхронизации движения выходного вала и ротора, включающий синхронизирующую пару шестерен, расположенную с одного торца ротора, отличающийся тем, что ротор выполнен с поперечным разъемом из двух частей с цилиндрической полостью и снабжен двумя запрессованными по торцам его частей шлицевыми ступицами, механизм синхронизации движения ротора и выходного вала снабжен дополнительной парой шестерен, расположенной со стороны ротора, противоположной от синхронизирующей пары, причем одна из дополнительных шестерен жестко установлена на одной ступице ротора и имеет наружное зацепление, а вторая - на выходном валу и имеет внутреннее зацепление, на второй ступице установлена синхронизирующая шестерня, выходной вал выполнен цилиндрическим и снабжен двумя эксцентриками, установленными на нем свободно, жестко связанными с противовесом, установленным в полости ротора, и кинематически - со ступицами ротора, впускной и выпускной каналы в роторе выполнены щелевыми, коллекторы - в виде кольцевых проточек, при этом газораспределительные окна на роторе расположены между масляными уплотнениями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для использования в транспортной технике наземного и воздушного сообщения.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с тремя впадинами, торцовые крышки, овальный ротор, выходной вал и шестеренчатую синхpонизацию ротора и выходного вала, а на торцах овального ротора имеются впускное и выпускное окна, соединенные соответственно с впускным и выпускным каналами ротора, выходящими на поверхность одного полуовала ротора, к торцам ротора жестко прикреплены газораспределительные диски, один из которых имеет впускной, а другой выпускной радиальные каналы, переходящие в кольцевые впускной и выпускной каналы, сообщающиеся с соответствующими окнами ротора (патент США N 3413961, кл. 123-8.11, опублик. 1968).

В этом двигателе овальный ротор совершает планетарное движение.

В двигателе выполнены компактные камеры сгорания в неподвижном корпусе и осуществлен хороший газообмен.

Однако в этом двигателе усложнена система газораспределения из-за наличия газораспределительных дисков на торцах ротора, вызывающая к тому же увеличение продольного размера двигателя.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с трохоидной трехвершинной полостью, торцовые крышки, овальный ротор с выходящими на цилиндрическую поверхность одного полуовала впускным и выпускным каналами, а также с газораспределительными окнами, расположенными по его торцам и выполненными в виде цилиндрических проточек с углублениями, сообщенными с соответствующими каналами ротора, в одной торцовой крышке выполнен впускной коллектор, а в другой - выпускной, причем оба коллектора расположены с возможностью сообщения с соответствующими газораспределительными окнами ротора и каналами в торцовых крышках, идущими к периферии корпуса, газовые и масляные уплотнения, выходной вал и механизм синхронизации выходного вала и ротора, включающий синхронизирующую пару шестерен, расположенную с одного торца ротора (патент Франции N 2050093, кл. F 02 B 53/00, опубл. 1971).

Однако этот двигатель имеет существенные недостатки. Поскольку выходной вал двигателя имеет большие обороты, то при использовании двигателя в автомобиле- и тракторостроении требуется применение дополнительного редуктора, который ухудшает габаритные показатели трансмиссии и сводит на нет преимущества роторного двигателя перед поршневым по габаритам и массе. Так как для уравновешивания овального ротора по торцам корпуса на выходном валу устанавливаются противовесы, то из-за этого увеличиваются продольные размеры и возрастает масса двигателя.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и массы двигателя при снижении оборотов выходного вала и повышение его преимуществ над поршневыми двигателями.

Указанная цель достигается тем, что ротор выполнен с поперечным разъемом из двух частей и цилиндрической полостью и снабжен двумя запрессованными по торцам его частей шлицевыми ступицами, ротора механизм синхронизации движения ротора и выходного вала снабжен дополнительной парой шестерен, расположенной со стороны ротора и противоположной синхронизирующей паре, причем первая дополнительная шестерня жестко установлена на одной ступице ротора и имеет наружное зацепление, а вторая - на выходном валу и имеет внутреннее зацепление, на второй ступице ротора установлена синхронизирующая шестерня, выходной вал выполнен цилиндрическим и снабжен двумя эксцентриками, установленными на нем свободно, жестко связанными с противовесом, установленным в полости ротора, и кинематически со ступицами ротора, впускной и выпускной каналы в роторе выполнены щелевыми, а коллекторы на торцовых крышках - в виде кольцевых проточек, при этом газораспределительные окна на роторе расположены между масляными уплотнениями.

На фиг. 1 показан роторный двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с трохоидной трехвершинной полостью, в котором помещается овальный ротор, выполненный с поперечным разъемом из двух частей 2 и 3, через которые проходит цилиндрический выходной вал 4, снабженный двумя эксцентриками 5 и 6, установленными на нем свободно и с помощью шлицевых выступов 7 жестко связанными с противовесом 8. В торец части 2 ротора запрессована шлицевая ступица ротора 9 с синхронизирующей шестерней с наружными зубьями 10, а в торец второй части 3 ротора - шлицевая ступица 11 ротора с передаточной шестерней с наружными зубьями 10. Ступицы 9 и 11 свободно сидят на эксцентриках 5 и 6. В овальном роторе имеется цилиндрическая полость 13, в которой помещается противовес 8, уравновешивающий ценробежные силы инерции ротора. По окружности корпуса через 120^о выполнены три камеры сгорания 14, в которых установлены свечи зажигания 15. С торцов корпус 1 закрыт передней 16 и задней 17 торцовыми крышками, в первой из них имеется выпускной кольцевой коллектор 18, соединяющийся с выпускным каналом 19, а во второй - впускной кольцевой коллектор 20, соединяющийся с впускным каналом 21. Выпускной 19 и впускной 21 каналы в торцовых крышках 16 и 17 идут к периферии корпуса. На одном торце ротора выполнено выпускное окно 22 в виде цилиндрической проточки с углублением 23, соединяющимся с щелевым выпускным каналом 24 ротора, а на другом торце - впускное окно 25 в виде цилиндрической проточки с углублением 26, соединяющимся с щелевым впускным каналом 27 ротора.

На передней торцовой крышке 16 выполнена синхронизирующая шестерня корпуса с внутренними зубьями 28, с которой входит в зацепление синхронизирующая шестерня ротора с наружными зубьями 10.

На цилиндрическом выходном валу 4 жестко закреплена ступица 29 передаточной шестерни вала с внутренними зубьями 30, входящая в зацепление с передаточной шестерней ротора с наружными зубьями 12, являющимися дополнительными шестернями синхронизирующего механизма и расположенными со стороны ротора, противоположной от синхронизирующей пары шестерен с зубьями 10 и 28.

К торцовым крышкам 16 и 17 жестко прикреплены опорные ступицы 31 и 32, в которые запрессованы подшипники 33 и 34. На последние опирается выходной вал 4, имеющий шлицевой конец 35 для съема мощности. На торцах овального ротора установлены масляные уплотнения 36 и 37 по разные стороны от выпускных 22 и впускных 25 окон. В выступы корпуса 1 установлены радиальные уплотнительные пластины 38. Торцовое уплотнение ротора обеспечивается нанесением лабиринтовых углублений 39 на торцы ротора и торцовые крышки 16 и 17, что создает лабиринтовое уплотнение. На опорной ступице 31 установлен распределитель зажигания 40, от которого отходят три провода 41 к свечам зажигания 15 для осуществления воспламенения рабочей смеси в камерах сгорания 14. Вал распределителя зажигания 40 соединяется с выходным валом 4 через шестеренчатую передачу (не показана) потому, что выходной вал вращается в несколько раз медленнее овального ротора. Движение свежего заряда показано стрелками 42, а движение отработанного газа - стрелками 43.

Роторный двигатель работает следующим образом.

Синхронизирующая шестерня с наружными зубьями 10 катится по синхронизирующей шестерне корпуса с внутренними зубьями 28 (соотношение диаметров делительных окружностей этих шестерен равно 2: 3 = 0,67). В результате этого во впадины корпуса 1 поочередно заходят то полуовал ротора с щелевыми газораспределительными каналами 24 и 27, обеспечивающими выпуск отработанных газов и впуск свежей смеси, то полуовал без каналов, который как поршень производит сжатие рабочей смеси и прием работы расширения газов. При этом объемы рабочих камер А, В и С периодически изменяются и в них поочередно совершаются вспомогательные и рабочие ходы, вследствие этого овальный ротор совершает планетарное движение: его центр О₂ вращается в направлении С₁ вокруг неподвижного центра О₁ корпуса 1 вместе с экцентриками 5 и 6, одновременно ротор, состоящий из частей 2 и 3, вращается на этих эксцентрика в направлении С₂ вокруг своего центра О₂ в противоположную сторону и медленнее в 2 раза. Передаточная шестерня 12 создает крутящий момент на передаточный шестерне с зубьями 30 выходного вала 4 и вызывает вращение последнего. Соотношение диаметров делительных окружностей передаточных шестерен с зубьями 12 и 30 не должно быть равным 2: 3, так как при таком соотношении передаточная шестерня с зубьями 12 обкатывает передаточную шестерню с зубьями 30, не вызывая ее проворачивания, а следовательно, и вращения выходного вала 4. Разность радиусов делительных окружностей передаточных шестерен с зубьями 12 и 30 и синхронизирующих шестерен с зубьями 10 и 28 должна быть одинаковой, так как она отражает величину эксцентриситета Е эксцентриков 5 и 6, равную расстоянию между центром О₁ корпуса 1 и центром О₂ эксцентриков 5 и 6 и ротора. Например, если радиусы делительных окружностей синхронизирующих шестерен с зубьями 10 и 28 соответственно равны R₁₀ = 4 и R₂₈ = 6 см при E = R₂₈ - R₁₀ = = 6-4 = 2 см их отношение равно 4: 6 = 2: 3, то тогда радиусы передаточных шестерен с зубьями 12 и 30, а следовательно, и их отношение можно взять или большими R₁₂ = 5 и R₃₀ = 7 см, 5: 7 > 2: 3, или меньшими R₁₂ = 3 и R₃₀ = 5 см, 3: 5 < 2: 3. В первом случае передаточная шестерня с зубьями 12 увлекает за собой шестерню с зубьями 30 выходного вала 4, а во втором она отталкивает шестерню, вызывая его вращение в противоположном направлении. В обоих случаях при изменении соотношения делительных окружностей, но при сохранении величины эксцентриситета Е можно обеспечить при заданных оборотах ротора вращение выходного вала в десятки раз медленнее по сравнению с известным. Продукты сгорания из рабочих камер А, В и С попадают в щелевой выпускной канал ротора 24, через углубление 23 и выпускное окно 22 ротора поступают в выпускной коллектор 18 передней торцовой крышки 16 и попадают в выпускной канал 19 последней, из которого выходят в окружающую среду. Свежий заряд поступает во впускной канал 21 задней торцовой крышки 17, попадает во впускной коллектор 20 последней, из которой через углубление 26 и впускное окно 25 ротора и щелевой впускной канал 27 ротора - в рабочие камеры А, В и С. В двигателе обеспечивается постоянное сообщение выпускного 22 и впускного 25 окон ротора соответственно с выпускным 18 и впускным 20 коллекторами передней 16 и задней 17 торцовых крышек. Для наглядности на фиг. 2 расположение первых в другом случае отражено штрихпунктирными линиями 22" и 25".

Роторный двигатель внутреннего сгорания имеет хорошие технико-экономические показатели. В нем максимальная степень сжатия больше 100, что позволяет выполнить двигатель с высокой степенью сжатия для работы по более экономичному дизельному циклу. Размещение в двигателе противовесов для уравновешивания центробежных сил ротора в цилиндрической полости последнего приводит к уменьшению габаритов и массы двигателя, а применение в нем дополнительной пары синхронизирующих шестерен обеспечивает значительное понижение оборотов выходного вала, что приводит к уменьшению габаритов трансмиссии. Это существенно повышает перспективы роторных двигателей перед поршневыми. (56) Патент Франции N 2050093, кл. F 2 B 53/00, опубл. 1971.