Двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям. Цель изобретения - улучшение весогабаритных характеристик. Роторный двигатель содержит компрессорную и рабочую камеры, соединенные каналами с запорными элементами в виде цилиндрических золотников с диаметральным проходным отверстием, управляемым кулачком, лопастью, установленной на оси ротора, и отсечных клапанов. Запорные элементы в коллекторе выпуска выполнены в виде двуплечей качающейся заслонки, общей для двух соседних полостей, подвижно установленной на оси в радиальном выступе корпуса с рычагом, охваченным качающейся вилкой на оси, контактирующей с толкателем , установленным на оси ротора. 11 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при разработке роторных двигателей.

Известен двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащий корпус с цилиндрическими рабочими камерами, разделенными радиальными выступами, ротор с качающимся валом, расположенный по оси секции, снабженный рабочими органами в виде пустотелых лопастей, участвующих своей внешней поверхностью совместно с поверхностью корпуса в регулировке входа горючей смеси и выхода отработанных газов.

Недостатком данного устройства является большой объем, который занимают пустотелые лопасти ротора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству в качестве прототипа взят двигатель внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащий корпус, в котором расположены компрессорная и рабочая секция с цилиндрическими рабочими камерами, разделенными радиальными выступами корпуса на полости изменяемого объема, ротор с качающимся валом, расположенный по оси секций и снабженный рабочими органами в виде лопастей, механизм преобразования движения ротора, связанный с выходным валом, впускной коллектор компрессорной секции с автоматическими клапанами на входе, перепускной канал, связывающий компрессорную и рабочую секции, и коллектор выпуска отработавших газов из рабочей секции, причем перепускной канал и коллектор выпуска снабжены запорными элементами.

Недостатком этого двигателя является внедрение каналов в радиальные выступы корпуса, что требует установки дополнительного блока с запорными элементами и наличие перепускных каналов в виде трубопроводов большой протяженности от компрессора до рабочей секции.

Целью изобретения является улучшение весогабаритных характеристик за счет внедрения запорных элементов перепускного канала, выполненных в виде последовательно расположенных качающихся цилиндрических золотников с диаметральными проходными отверстиями, управляемых кулачками, установленными на осях ротора, служащими для связи камер компрессора и двигателя, и подпружиненного отсечного клапана для своевременного перекрытия рабочей и компрессорной камеры, а также за счет внедрения запорного элемента в виде двуплечей качающейся заслонки, общей для двух соседних полостей и подвижно установленной на оси в радиальном выступе корпуса, служащей для выпуска отработанных газов, на оси заслонки закреплен рычаг, охваченный качающейся вилкой, контактирующей с толкателем, установленным на оси ротора.

Указанная цель достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания с возвратно-качательным движением рабочих органов, содержащем корпус, в котором расположены компрессорная и рабочие секции с цилиндрическими рабочими камерами, разделенными радиальными выступами корпуса на полости изменяемого объема, ротор с качающимся валов, расположенный по оси секции и снабженный рабочими органами в виде лопастей, механизм преобразования движения ротора, связанный с выходным валом, впускной коллектор компрессорной секции с автоматическими клапанами на входе, перепускной канал, связывающий компрессорную и рабочую секции, и коллектор выпуска отработавших газов из рабочей секции, перепускной канал и коллектор выпуска снабжены запорными элементами, при этом запорные элементы перепускного канала, соединяющие компрессорную и рабочие секции, выполнены в виде последовательно расположенных качающегося цилиндрического золотника с диаметральным проходным отверстием, управляемого кулачком, установленным на оси ротора, служащего для своевременного открытия канала из компрессорной в рабочую камеры при создании рабочего такта, и подпружиненного отсечного клапана для предотвращения перепуска отработанных газов из рабочей в компрессорную камеру, а для регулировки выхода сгоревших газов служит запорный элемент коллектора выпуска, выполненный в виде двуплечей качающейся заслонки, общей для двух соседних полостей и подвижно установленной на оси в радиальном выступе корпуса, на оси заслонки установлен рычаг, охваченный вилкой, контактирующй с толкателем, установленным на оси ротора.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель и насос, воб сбоку; нафиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - двигатель и компрессор, вид сбоку; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3. (регулировка двуплечей заслонки, (I вариант); на фиг. 5 - двигатель и компрессор, вид сбоку; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5 (регулировка двуплечей заслонки, (II вариант); на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг; 1; на фиг. 8 - двуплечая заслонка в аксонометрии; на фиг. 9 - подпружиненные золотники с кулачками, отсечные клапаны и канал из камеры компрессора в камеру сгорания двигателя (разрез Д-Д на фиг. 7); на фиг. 10 - подпружиненные золотники с кулачками, отсечные клапаны и каналы из компрессорной камеры в камеру сгорания (разрезы Е-Е и Ж-Ж на фиг. 9); на фиг. 11 - подпружиненные золотники с кулачками, отсечной клапан и каналы из компрессорной секции в камеру сгорания двигателя.

Двигатель имеет корпус 1 с двуплечими заслонками 2 и 2¹, ограниченный с обеих сторон крышками 3 и 3¹, подвижной ротор 4, совершающий возвратно-качательное движение с лопастями 5, связанный жестко через вал 6 с кривошипно-шатунным механизмом 8, передающим вращательное движение валу 9, закрытому крышкой 10 с камерой 11. В корпусе имеются выходные каналы 12 и 12¹ из каждой рабочей камеры 13, выход из которых регулируется двуплечей заслонкой 14, установленной на осях 15 в крышках корпуса с возможностью колебательного движения. Двуплечая заслонка в верхней части имеет плоские поверхности 16 под углом с уклоном к выходным каналам, а нижняя часть входит в вырез 17 в радиальном выступе корпуса. На валу ротора жестко закреплены кронштейн 18 с толкателями 19, закругленными в верхних крайних частях и действующими на коромысло 20, имеющее форму двуплечей заслонки и жестко закрепленное на оси 21 двуплечей заслонки (I вариант регулировки двуплечей заслонки) и кронштейн 22 с толкателями 23, действующими на качающуюся вилку 24 с осью 25, передающую колебательное движение через рычаг 26, жестко закрепленный осью 27 двуплечей заслонки (II вариант регулировки двуплечей заслонки).

Для подачи горючей смеси под давлением в камеры сгорания 28 служит роторный компрессор, жестко закрепленный с валом двигателя, имеющим корпус 29 с радиальными выступами 30 и 31¹, ограниченный с обеих сторон крышками 31 и 31¹, впускные клапаны 32 и 32¹ на каждую рабочую камеру 33 и ротор 34 с радиальными выступами 35.

Для впуска горючей смеси на каждый рабочий такт двигателя из рабочей камеры компрессора служат подпружиненные, последовательно расположенные качающиеся цилиндрические заслонки 36 и 36¹, находящиеся в корпусе 37, закрепленные в крышках корпусов двигателя и компрессора с диаметральными проходными отверстиями 38 и 38¹, управляемыми кулачками 39 и 39¹, установленными на оси ротора и выступающими в рабочей камере компрессора, и подпружиненные отсечные клапаны 40 и 40¹, связанные с камерой сгорания двигателя через каналы 41 и 41¹ в корпусе клапана.

Работа двигателя происходит (показана работа одной рабочей камеры двигателя и компрессора) следующим образом.

Кронштейн 18 с толкателем 19 действует на коромысла 20 и через оси 21 и 15 на двуплечую заслонку 14, которая при колебательном движении через вырез 17 своей плоской поверхностью 16 касается корпуса 1 и перекрывает выходной канал 12, а выходной канал 12¹ открывается для выхода сгоревших газов из рабочей камеры 13 двигателя, ограниченной крышками 3 и 3¹. При дальнейшем движении лопасти 5 ротора 4, когда выходной канал 12 уже закрыт, для предотвращения выброса горючей смеси 43 рабочей камеры 33 роторного компрессора, ограниченной крышками 31 и 31¹, впускные подпружиненные клапаны 32 и 32¹ закрыты. Лопасть ротора 34 действует на кулачки 39 подпружиненного золотника 36 в корпусе 37 с каналом 41, открывая проход через отверстия 38 в камеру сгорания 28 двигателя. Отсечной подпружиненный клапан 40, который работает в направлении камеры сгорания, открывается, пропуская горючую смесь, а когда давление в камере сгорания и в компрессорной камере сравняется, канал перекрыватся.

С противоположных сторон рабочих камер двигателя и компрссора выходной канал 12 открыт, а впускной клапан 32¹, канал 41¹ в корпусе 37 клапаном 36¹ с диаметральными отверстиями 38¹, кулачками 39¹ и отсечным клапаном 40¹ закрыты. При сгорании горючей смеси в камере сгорания образовавшиеся газы давят на лопасть 5 ротора двигателя, которая начинает движение от одного радиального выступа к другому - выступу, а лопасть ротора компрессора - от радиального выступа 30 к радиальному выступу 30¹ корпуса 29. Действие на кулачки 39 прекращается и подпружиненный золотник 36 закрывает канал 41. При дальнейшем движении лопасти компрессора возникает вакуум и горючая смесь поступает через открывшийся подпружиненный клапан 32, а ранее поступившая горючая смесь сжимается между лопастью ротора и радиальным выступом 30¹ корпуса 29. Действие на кулачки 39 прекращается и подпружиненный золотник 36 закрывает канал 41.

При подходе лопастей к противоположным радиальным выступам двигателя и компрессора рабочий процесс повторяется в обратном порядке . Возвратно-качательное движение лопастей двигателя и компрессора, вала 6, кронштейна 7 через кривошипно-шатунный механизм 8 превращается во вращательное движение вала 9, который работает в камере 11 с крышкой 10, где происходит смазка трущихся поверхностей (I-й ваpиант регулировки двуплечей заслонки). При втором варианте регулировки двуплечей заслонки на нее действует подпружиненный с возможностью регулировки толкатель 23 на кронштейне 22, жестко закрепленного с валом ротора, через вилку 24 с осью 25 на рычаг 26, закрепленный жестко на оси 27. В результате этого выходной канал 12 закрывается, а канал 12¹ открывается и рабочий процесс в дальнейшем происходит подобно рабочему процессу в I варианте.

Использование предлагаемого технического решения позволяет получить двигатель двустороннего действия, повысить производительность двигателя за счет увеличения количества рабочих секций, выполнить принудительную подачу горючей смеси под давлением в камеру сгорания с помощью роторного компрессора, установленного на одном валу с двигателем, и принудительную регулировку выхода сгоревших газов из рабочих секций от вала ротора.

(56) Патент США N 2989040, кл. 123-18, опубл. 1961.

Формула изобретения

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОЗВРАТНО-КАЧАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ, содержащий корпус, в котором расположены компрессорная и рабочая секции с цилиндрическими рабочими камерами, разделенными радиальными выступами корпуса на полости изменяемого объема, ротор с качающимся валом, расположенный по оси секций и снабженный рабочими органами в виде лопасти, механизм преобразования движения ротора, связанный с выходным валом, впускной коллектор компрессорной секции с автоматическими клапанами на входе, перепускной канал, связывающий компрессорную и рабочую секции, и коллектор выпуска отработавших газов из рабочей секции, причем перепускной канал и коллектор выпуска снабжены запорными элементами, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик, запорные элементы перепускного канала выполнены в виде последовательно расположенных качающегося цилиндрического золотника с диаметральным проходным отверстием, управляемого кулачком, установленным на оси ротора, и подпружиненного отсечного клапана, а запорный элемент коллектора выпуска выполнен в виде двуплечей качающейся заслонки, общей для двух соседних полостей и подвижно установленной на оси в радиальном выступе корпуса, а на оси заслонки закреплен рычаг, охваченный качающейся вилкой, контактирующей с толкателем, установленным на оси ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11