Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям. Целью изобретения является упрощение формы внутренней полости корпуса и конструкции соединения ротора - поршня с валом двигателя. Указанная цель достигается тем, что полость корпуса выполнена цилиндрической и разделена две секции: компрессорную и рабочую. В каждой секции расположены цилиндрические роторы 4 и 5, жестко соединенные с валом РПД и имеющие выступы, соприкасающиеся с цилиндрической поверхностью корпуса 1. В каждой секции на валах, параллельных валу 3 РПД, установлены затворы 8 и 9, наружные цилиндрические поверхности которых соприкасаются с цилиндрическими поверхностями роторов 4 и 5. Привод затворов 8 и 9 осуществляется кулачковыми механизмами от вала 3 двигателя. В теле затворов 8 и 9 выполнены кольцевые канавки для впуска и выпуска рабочего тела. Между секциями рабочее тело перепускается по каналу 17 с клапанным (или золотниковым) механизмом. При вращении вала 3 за выступом ротора 4 создается разрежение, а перед выступом (по ходу его движения) происходит сжатие рабочего тела до момента подхода выступа ротора 4 к затвору 8. Затем клапанный (или золотниковый) механизм открывает канал 17, по которому сжатое рабочее тело перепускается в полость рабочей секции. После закрытия клапана (золотника) происходит воспламенение рабочего тела. С другой стороны выступа ротора 5 при этом происходит вытеснение продуктов сгорания через канал в затворе 9. С помощью кулачковых механизмов затворы 8 и 9 поднимаются при прохождении под ними выступов роторов 4 и 5. 5 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторно-поршневым двигателям.

Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий ротор-поршень, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вместе с валом двигателя и механически связанный с ним, а также камеру сгорания, выполненную в виде полости между неподвижным корпусом и подвижным ротором-поршнем [1].

Отсутствие кривошипно-шатунного механизма обуславливает значительные преимущества роторно-поршневых двигателей по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания по простоте конструкции, габаритным размерам, массе и механическому КПД.

Однако такие двигатели имеют сложную форму внутренней полости корпуса, затрудняющую их изготовление и обеспе- чение надежной герметизации ротора-поршня относительно этой полости. Относительно сложна и конструкция соединения ротора-поршня с валом и корпусом, обусловленная необходимой кинематикой двигателя.

Целью изобретения является упрощение формы внутренней полости корпуса и конструкции соединения ротора-поршня с валом двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе, содержащем ротор-поршень, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вместе с валом двигателя и механически связанный с ним, а также камеру сгорания, представляющую собой полость между неподвижным корпусом и подвижным ротором-поршнем, полость корпуса выполнена цилиндрической, разделена перегородкой по крайней мере на две секции, одна из которых является компрессорной, а другая рабочей, в каждой секции установлены жестко закрепленные на валу двигателя роторы-поршни, имеющие форму плоских кулачков с криволинейной рабочей поверхностью, большая часть которой является цилиндрической поверхностью, концентрич- ной поверхности полости корпуса, а меньшая часть представляет собой плавный выступ, соприкасающийся с поверхностью полости корпуса, причем рабочая поверхность роторов соприкасается с подвижными затворами, жестко закрепленными на валах, параллельных оси вала двигателя, и установленными во впускном и выпускном каналах корпуса, при этом цилиндрическая поверхность затвора компрессорной секции обращена против, а аналогичная поверхность затвора рабочей секции - по направлению вращения вала двигателя, цилиндрические поверхности затворов прилегают к цилиндрическим поверхностям корпуса, являющимся одной из стенок впускного или выпускного канала, и к цилиндрическим поверхностям роторов-поршней, в теле затворов выполнены сквозные каналы, расположенные концентрично валам затворов, свободные концы валов затворов посредством кулачковых механизмов соединены с валом двигателя, кроме того полости компрессорной и рабочей секций сообщены между собой каналом с клапанным или золотниковым механизмом, имеющим привод от вала двигателя.

На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель, общий вид; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - золотниковый механизм в открытом положении.

Корпус 1 двигателя разделен перегородкой 2 на две секции: компрессорную и рабочую. На валу 3 двигателя посредством шлицевого соединения жестко закреплены ротор-поршень 4 компрессорной секции, ротор-поршень 5 рабочей секции и кулачки 6 и 7 с кольцевым пазом переменной кривизны. Затворы 8 и 9 жестко закреплены на валах 10 и 11 и размещены соответственно в компрессорной и рабочей секциях с возможностью поворота вместе с валами 10 и 11. Для этого на свободных концах валов 10 и 11 посредством кривошипов 12 шарнирно закреплены ролики 13 и 14, установленные в пазах кулачков. Затвор 8 своей цилиндрической поверхностью соприкасается с цилиндрической поверхностью впускного канала 15 и цилиндрической поверхностью ротора-поршня 4, а затвор 9 своей цилиндрической поверхностью соприкасается с цилиндрической поверхностью выпускного канала 16 и цилиндрической поверхностью выпускного канала 16 и цилиндрической поверхностью ротора-поршня 5 рабочей секции. Вблизи цилиндрических поверхностей затворов выполнен канал 17, соединяющий рабочую и компрессорную секции. Для открытия и закрытия соединительного канала может быть применен любой клапанный или золотниковый механизм с механическим, гидравлическим и т. п. приводом от вала двигателя. На фиг. 1, 2 и 5, например, показан золотниковый механизм. Подпружиненный золотник 18 посредством двуплечего рычага 19 с роликом 20 соединен с кулачком, на внешней цилиндрической поверхности которого имеется выступ для обеспечения перемещений золотника в необходимый момент при работе двигателя. Вблизи затвора рабочей секции установлена свеча зажигания (для карбюраторного варианта двигателя) или форсунка для подачи топлива (для дизельного варианта) 21. Системы смазки и охлаждения условно не показаны.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении вала 3 происходит вращение роторов 4 и 5. При этом по направлению движения выступа ротора 4 происходит сжатие топливной смеси или воздуха, а возникающее с другой стороны выступа ротора 4 разрежение обеспечивает всасывание свежей топливной смеси или воздуха через канал в теле затвора 8. При приближении выступа ротора 4 к затвору 8 достигается максимальное сжатие рабочего тела. В этот момент кулачки 6 и 7 через двуплечий рычаг 19 перемещают золотник 18, осуществляя открытие канала 17 ( см. фиг. 5). Перед открытием канала 17 затвор 9 с помощью кулачков 6 и 7 опускается до соприкосновения с цилиндрической поверхностью ротора 5. Таким образом, между цилиндрической поверхностью затвора 9 и поверхностью выступа на роторе 5 образуется герметичная полость малого объема, в которую затем по каналу 17 подается сжатое рабочее тело (топливная смесь или воздух). Профиль выступа кулачка 6 подобран таким образом, что по мере подъема затвора 8 сохраняется его контакт с поверхностью выступа на роторе 4 и, следовательно, герметичность заключенной между затвором 8 и выступом ротора 4 полости. После подъема затвора 8 кулачок 7 через рычаг 19 и золотник 18 закрывает канал 17, а кулачок 6 удерживает затвор 8 в поднятом положении до прохода под ним выступа ротора 4. Вся полость компрессорной секции при этом заполнена топливной смесью (или воздухом). После закрытия канала 17 сжатое рабочее тело полностью находится в полости рабочей секции. В этот момент происходит зажигание топливной смеси (или впрыск дизельного топлива). Расширяющиеся продукты сгорания оказывают давление на выступ ротора 5 и совершают таким образом рабочий ход при неподвижном затворе 9. С другой стороны выступа в это время происходит вытеснение продуктов сгорания через канал в теле затвора 9. После полного совершения рабочего хода кулачок 7 поднимает затвор 9 и удерживает его до прохода под ним выступа ротора 5. После опускания затвора 9 все процессы повторяются.

Таким образом, за один оборот вала 3 в компрессорной секции одновременно происходят такты впуска и сжатия в полостях, разделенных затвором 8 и выступом на роторе 4, а в рабочей секции одновременно происходят такты расширения и выпуска в полостях, разделенных затвором 9 и выступом на роторе 5.

Формула изобретения

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий ротор-поршень, установленный в полости корпуса с возможностью вращения вместе с валом двигателя и механически связанный с ним, а также камеру сгорания, выполненную в виде полости между неподвижным корпусом и подвижным ротором-поршнем, отличающийся тем, что, с целью упрощения формы внутренней полости корпуса и конструкции соединения ротора-поршня с валом двигателя, полость корпуса выполнена цилиндрической, разделена перегородкой по крайней мере на две секции, одна из которых является компрессорной, а другая - рабочей, в каждой секции установлены жестко закрепленные на валу двигателя роторы-поршни, выполненные в форме плоских кулачков с криволинейной рабочей поверхностью, большая часть которой является цилиндрической поверхностью, концентричной поверхности полости корпуса, а меньшая часть выполнена в виде плавного выступа, контактирующего с поверхностью полости корпуса, причем рабочая поверхность роторов кинематически связана с подвижными затворами, жестко закрепленными на валах, параллельных оси вала двигателя и установленными во впускном и выпускном каналах корпуса, при этом цилиндрическая поверхность затвора компрессорной секции обращена против, а аналогичная поверхность затвора рабочей секции - по направлению вращения вала двигателя, цилиндрические поверхности затворов прилегают к цилиндрическим поверхностям корпуса и к цилиндрическим поверхностям роторов-поршней, а в теле затворов выполнены сквозные каналы, расположенные концентрично валам затворов, свободные концы валов затворов посредством кулачковых механизмов соединены с валом двигателя, при этом полости компрессорной и рабочей секций сообщены между собой каналом с клапанным или золотниковым механизмом, содержащим привод от вала двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5