роторный двигатель внутреннего сгорания "славянин"

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ "СЛАВЯНИН".

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с трехвершинной эпитрохоидальной полостью и соответствующий ей овальный ротор с полуовалом-поршнем и полуовалом-газораспределителем, в котором выполнены каналы впуска и выпуска с окнами, эксцентриковый вал, переднюю торцевую крышку с тремя выпускными фигурными окнами, сообщенными с выпускным коллектором, заднюю торцевую крышку с тремя впускными фигурными окнами, сообщенными с впускным коллектором, и механизм синхронизации движения ротора, причем окна на крышках выполнены с возможностью периодического сообщения с соответствующими окнами ротора, отличающийся тем, что механизм синхронизации установлен в отдельном полом корпусе и выполнен в виде шлицевой втулки, запресованной в овальный ротор и имеющей две вилки, в которых запресованы две оси с установленными на них с возможностью свободного вращения синхронизирующими роликами, на внутренней поверхности отдельного корпуса выполнен кулачковый выступ с радиальной рабочей поверхностью с сечением в виде эквидистанты эпитрохоиды, причем впускной коллектор корпуса сообщен с атмосферой через полость отдельного корпуса.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что торцевое уплотнение ротора выполнено в виде расточек в роторе с уменьшающейся глубиной в направлении к радиальной поверхности ротора и сопряженных с ними и установленных на гофрированных пружинах двух дуговых и двух прямых торцевых уплотнительных пластин трапецеидального поперечного сечения, имеющих сопряженные косые срезы, причем узкая сторона каждой прямой пластины направлена в роторе в направлении ее поджатия пружиной.

Описание изобретения к патенту

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

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с тремя впадинами, овальный ротор, эксцентриковый вал и синхронизирующую зубчатую передачу. В этом двигателе овальный ротор совершает планетарное движение. В нем выполнены компактные камеры сгорания в неподвижном корпусе и осуществлен хороший газообмен в рабочих камерах.

Однако известный двигатель имеет недостаток, так как для осуществления газообмена рабочих камер к торцам ротора жестко прикреплены два газораспределительных диска, размещающихся в полостях впускного и выпускного коллекторов, что вызывает усложнение конструкции и увеличение габаритов двигателя.

Известен также роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с трехвершинной эпитрохоидальной полостью и соответствующий ей овальный ротор с полуовалом-поршнем и полуовалом-газораспределителем, эксцентриковый вал, переднюю торцовую крышку с тремя впускными фигурными окнами, сообщенными с впускным коллектором, заднюю торцовую крышку с выпускным коллектором, с тремя выпускными фигурными окнами, при этом окна на крышках выполнены с возможностью периодического сообщения с соответствующими окнами ротора, и механизм синхронизации движения поршня (ротора).

Однако известный двигатель имеет существенные недостатки, так как в этом двигателе механизм синхронизации движения ротора размещается в корпусе двигателя, то это приводит к увеличению габаритов двигателя. В таком двигателе не разработано торцовое уплотнение ротора, без которого затрудняется его реализация, так как осуществление в нем торцового лабиринтного уплотнения не обеспечивает надежный запуск и экономичную работу двигателя на небольших оборотах из-за повышенных утечек рабочего тела через зазоры такого уплотнения.

Целью изобретения является снижение габаритов двигателя и повышение экономичности двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что для уменьшения габаритов двигателя механизм синхронизации движения поршня устанавливается в отдельном корпусе и выполнен в виде шлицевой втулки, запрессованной в овальный ротор и имеющей две вилки, в которых запрессованы две оси с возможностью свободного вращения синхронизирующими роликами, и на внутренней поверхности отдельного корпуса выполнен кулачковый выступ с радиальной рабочей поверхностью в виде эквидистанты эпитрохоиды, причем впускной коллектор корпуса сообщен с атмосферой через полость отдельного корпуса, а торцовое уплотнение ротора выполнено в виде расточек в роторе, суживающихся к радиальной поверхности ротора и сопряженных с ними, и установленных на гофрированных пружинах двух дуговых и двух прямых торцовых уплотнительных пластин трапецеидального поперечного сечения, имеющих сопряженные косые срезы, причем узкая сторона каждой прямой пластины направлена в роторе в направлении ее поджатия пружиной.

На фиг. 1 показан роторный двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит полый корпус 1 с трехвершинной эпитрохоидальной полостью и соответствующий ей овальный ротор 2 с полувалом-поршнем 3 и полувалом-газораспределителем 4, в котором выполнены впускной 5 и выпускной 6 каналы соответственно с впускным 7 и выпускным 8 окнами, эксцентриковый вал 9, переднюю торцовую крышку 10 с тремя впускными фигурными окнами 11, сообщенными с впускным коллектором 12, заднюю торцовую крышку 13 с выпускным коллектором 14 и с тремя выпускными фигурными окнами 15, при этом окна на крышках выполнены с возможностью периодического сообщения с соответствующими окнами ротора, и механизм синхронизации движения поршня (ротора) 2, который установлен в отдельном корпусе 16 и выполнен в виде шлицевой втулки 17, запрессованной в овальный ротор 2 и имеющей две вилки 18, в которых запрессованы две оси 19 с установленными на них с возможностью свободного вращения синхронизирующими роликами 20, на внутренней поверхности отдельного корпуса 16 выполнен кулачковый механизм 21 с радиальной рабочей поверхностью 22 в виде эквидистанты эпитрохоиды, причем впускной коллектор 12 корпуса 16 сообщен с атмосферой через полость отдельного корпуса 16 и выпускной патрубок 23 последнего. В вершинах эпитрохоидальной полости корпуса 1 выполнены три камеры 24 сгорания, в которых установлены свечи 25 зажигания, а в выступах внутренней радиальной поверхности корпуса 1 выполнены пазы 26, в которых установлены на гофрированных пружинах 27 радиальные уплотнительные пластины 28, сопрягающиеся с радиальной поверхностью ротора 2, а торцовое уплотнение последнего выполнено в виде расточек 29 в роторе 2, суживающихся к радиальной поверхности ротора, в которых установлены сопряженные с ними две дуговые 30 и две прямые 31 торцовые уплотнительные пластины трапецеидального сечения, имеющие сопряженные косые срезы, причем узкая сторона каждой прямой пластины направлена в роторе в направлении ее поджатия пружиной 32, а между радиальными поверхностями корпуса 1, ротора 2 и торцовыми крышками 10 и 13 образуются три рабочие камеры 33, 34 и 35, граница которых при максимальном объеме отражена штрих-двухпунктирной линией 36, за которую не заходит проекция радиальной поверхности ротора 2 и не выходят впускные фигурные окна 11 и выпускные фигурные окна 15 (на фиг. 2 соответственно одни штрих-пунктирными линиями, как находящиеся впереди чертежа, а другие - пунктирными линиями, как находящиеся за чертежом). Между корпусом 1 и торцовыми крышками 10 и 13 ставится уплотнение 37. Эксцентриковый вал 9 имеет переднюю 38 и заднюю 39 опорные шейки, которые опираются на графитовые подшипники 40 и 41, а спереди эксцентриковый вал 9 имеет носок 42, на котором установлена шпонка 43 для крепления привода вспомогательных агрегатов, и на задний конец эксцентрикового вала 9 устанавливается маховик 44 с шестерней 45. Вал 9 имеет длинный эксцентрик, на котором свободно сидит шлицевая втулка механизма синхронизации ротора 2 на подшипниках 47 и 48. Выпускной коллектор 14 выполнен с выпускным патрубком 49. Впуск свежего заряда в двигатель показан стрелкой 50, а выпуск отработанного газа - стрелкой с ноликом 51. Работу механизма синхронизации движения ротора 2 и вращения эксцентрикового вала 9 можно хорошо проследить по фиг. 3, из которой видно, что продольная ось ротора 2, показанного штриховой линией, проходит через оси 19 двух синхронизирующих роликов 20, из которых верхний в данный момент контактирует с рабочей поверхностью 22 в точке а, нижний - в точке к. Центры этих роликов в данный момент проходят через точки А и К. При повороте эксцентрика 46 с эксцентриковым валом 9 в направлении С₁ на угол ₁= = 60^о ротор 2 с шлицевой втулкой 17 поворачивается в противоположном направлении С₂ на угол ₂ = 30^о, меньший в два раза, и в результате этого центры синхронизирующих роликов перемещаются и проходят каждый в соседнее положение Б₃ и Л₃, а ролики 20 контактируют с рабочей поверхностью 22 в точках б, л. При дальнейшем повороте эксцентрикового вала 9 и шлицевой втулки 17 на такие же углы верхний ролик 20 последовательно входит, в контакты с рабочей поверхностью 22 в точках г, д, и, к, л, м, н, п, р, в результате чего он приходит в исходное положение, а нижний ролик 20 проходит через эти точки с опережением на 180^о поворота шлицевой втулки 17. По этим точкам контакта роликов 20 проходит образующая рабочей поверхности 22 в виде эквидистанты эпитрохоиды, которая имеет три впадины с плавным закруглением. На фиг. 3 видно, что при повороте эксцентрика 46 в направлении С₁, поворот шлицевой втулки с синхронизирующими роликами 20 возможен только в противоположном направлении С₂ на угол в два раза меньше и этим обеспечивается синхронизация вращения эксцентрикового вала 9 и движения ротора 2.

Выполнение фигурными впускных окон 11 и выпускных окон 15 на передней и задней торцовых крышках и периодическое их сообщение с соответствующими окнами ротора 2 позволяет завершить впуск свежего заряда 50 при достижении в рабочих камерах максимального объема и начать выпуск отработанных газов 51 до достижения в них максимального объема так же, как это осуществляется в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Выход щелевых отверстий впускного 5 и выпускного 6 каналов ротора 2 на радиальную поверхность последнего под углом 40 4^о к его продольной оси относительно центра О₂ позволяет обеспечить переход этих отверстий через радиально уплотнительные пластины 28 в момент достижения в рабочих камерах 33, 34 и 35 максимального объема без помех для газораспределения.

Двигатель работает следующим образом.

Когда эксцентриковый вал с эксцентриком 46 поворачивается в направлении С₁, то тогда при вращении ротора 2 на последнем в противоположном направлении С₂ и медленнее в два раза попеременно заходят то его полуовал-поршень 3, то полуовал-газораспределитель 4 в вершины эпитрохоидальной полости корпуса 1, изменяя объемы рабочих камер 33, 34 и 35, а когда полуовал-поршень 3 вытесняет в одной из последних весь рабочий заряд в камеру 24, как это на фиг. 1 показано для рабочей камеры 33, то в это время в свече 25 зажигания проскакивает искра и происходит воспламенение смеси (или впрыскивается топливо форсункой), а газы, расширяясь, давят на полуовал-поршень 3 и вызывают движение ротора 2, а через последний - вращение эксцентрикового вала 9 в указанных направлениях вокруг своих центров О₁ и О₂, расстояние между которыми определяет величину эксцентриситета е эксцентрика 46. А в соответствии с фиг. 1 из рабочей камеры 35 в это время происходит выпуск отработанного газа 51 через выпускной канал 6, выпускные окна 8 и 15 и далее через выпускной коллектор 14 и его выпускной патрубок 49. А этот процесс выпуска начинается тогда, когда щелевое отверстие выпускного канала 6 на радиальной поверхности ротора 2 проходит через нижнюю радиальную уплотнительную пластину 6 перед достижением максимального объема в рабочей камере 35, а когда полуовал-газораспределитель 4 полностью заходит в рабочую камеру 35, то выпуск газов на нее заканчивается и в дальнейшем начинается выпуск рабочего заряда, который происходит так же, как это показано для рабочей камеры 34, откуда видно, что, когда полуовал-газораспределитель 4 выходит из этой рабочей камеры, то окно 7 его впускного канала 5 движется по фигурному окну 11 передней торцовой крышки 10 и рабочий заряд 50 поступает в них из впускного коллектора 12, занимающего полость отдельного корпуса 16, и по щелевому каналу 5 попадает в рабочую камеру 34, в которой заканчивается впуск рабочего заряда после того, как отверстие впускного щелевого канала 5 проходит через нижнюю радиальную уплотнительную пластину 28. После этого в рабочую камеру 34 начинает заходить полуовал-поршень 3 и сжимает рабочий заряд, и когда последний вытесняется в камеру 24 сгорания, то в ней тоже осуществляется воспламенение топлива и газы давят на ротор 2, при дальнейшем вращении которого следует воспламенение топлива в рабочей камере 35, а затем опять в рабочей камере 33. И как дальше чередуются рабочие такты в рабочих камерах. Как следует из пояснения, пока в одной рабочей камере, например в камере 33, происходит сжатие и расширение, то в следующей рабочей камере 34 заканчивается выпуск газов, происходит впуск рабочего заряда и начинается его сжатие, а в рабочей камере 35 за это время завершается расширение газов, происходит их выпуск и начинается впуск рабочего заряда. За два оборота эксцентрикового вала 9 ротор 2 совершает один оборот в противоположном направлении, обеспечивая выполнение трех рабочих тактов, а в двигателе Ванкеля только за три оборота эксцентрикового вала совершаются три рабочих такта, а значит в предложенном двигателе совершаются в 1,5 раза больше рабочих тактов при одинаковых оборотах. Следовательно, при одинаковых объемах рабочих камер и одинаковом числе оборотов мощность предложенного двигателя будет в 1,5 раза больше мощности двигателя Ванкеля и лучше будет равномерность pаботы двигателя.