Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано на транспорте. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит разъемный корпус с двумя пересекающимися кольцевыми цилиндрами, в каждом из которых размещены два поршня, выходной вал, расположенный в полости корпуса и имеющий центральную сферическую часть, на которой выполнены пазы под углом друг к другу и к оси вала, причем поршни соединены с выходным валом через узлы, каждый из которых включает секторную часть, расположенную с возможностью перемещения в соответствующем пазу на сферической части выходного вала, и пальца, размещенного в отверстии поршня. Двигатель отличается тем, что цилиндры и поршни имеют криволинейные боковые поверхности, а корпус выполнен из трех составных частей, таким образом, что угол пересечения кольцевых цилиндров составляет 60 ± 2^o. Это позволяет упростить конструкция двигателя и повысить эффективность его работы. На боковых поверхностях поршней выполнены пазы, образующие на концевых частях поршней разжимные компенсаторы, выполняющие функции уплотнений. Для уменьшения трения на внешней поверхности каждого поршня выполнена газовая камера, расположенная симметрично относительно продольной оси поршня и представляющая собой углубление, форма которого аналогична форме внешней поверхности поршня. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности - к двигателестроению и может быть использовано на транспорте.

Из уровня техники известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий два пересекающихся между собой в двух местах кольцевых цилиндра, выходной вал, вокруг которого вращаются поршни, расположенные внутри кольцевых цилиндров, и механизм передачи момента от поршней на выходной вал, состоящий из зубчатых колес (заявка ЕПВ 0091975). Двигатель имеет сложную и недостаточно компактную конструкцию при малом количестве циклов работы за один оборот вала.

Известен также роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с двумя пересекающимися между собой кольцевыми цилиндрами и размещенными в них двумя поршнями, две диаметрально расположенные камеры сгорания, окна впуска и выпуска, выполненные в стенках цилиндров, выходной вал, соединенный с поршнями с помощью шарниров (патент РФ 1772375). Выходной вал выполнен с центральной сферической частью и размещен в соответствующей по форме полости корпуса. Каждый из шарниров включает цилиндрический палец и диск с отверстием, а в сферической части выходного вала выполнены сквозной паз и перпендикулярное пазу отверстие для крепления дисков.

Данный роторно-поршневой двигатель имеет более простую конструкцию, малые габариты и вес. К недостаткам двигателя относится малое количество циклов работы за один оборот выходного вала, недостаточная эффективность работы механизма передачи вращения от поршней на выходной вал и большие тепловые потери.

Прототипом изобретения является роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий разъемный корпус, в котором размещены два пересекающихся между собой кольцевых цилиндра, по центру корпуса внутри выполнена полость под выходной вал, в кольцевых цилиндрах размещены четыре дугообразных поршня с профилем поперечного сечения кольцевых цилиндров, на внутренних сферических поверхностях поршней выполнены глухие цилиндрические отверстия под пальцы шарниров, каждый из которых включает секторную часть с углублением, являющимся основной частью объема камеры сгорания. Выходной вал при этом имеет центральную сферическую поверхность, на которой выполнены четыре наклонных паза под углом друг к другу и под углом к продольной оси выходного вала (патент РФ 2101518). В данном двигателе происходит удвоенное количество рабочих циклов за один оборот выходного вала. Это позволяет повысить удельную мощность двигателя и сбалансированность его работы.

Известная конструкция имеет следующие недостатки: профиль поперечного сечения кольцевых цилиндров и поршней (усеченный сектор) является не рациональным с точки зрения эффективности работы преобразующего механизма; корпус двигателя состоит из четырех частей и имеет недостаточную прочность из-за большого числа деталей; оси кольцевых цилиндров пересекаются под углом 56^o, который не является оптимальным для данного двигателя; из-за отсутствия уплотнений между боковыми поверхностями дугообразных поршней и кольцевых пересекающихся цилиндров происходит перепуск рабочей смеси и газов из одной рабочей полости в другую; направляющие бурты, выполненные на внешних сферических поверхностях поршней, также способствуют перепуску сжимаемой рабочей смеси на такте сжатия и газов при рабочем ходе, причем их наличие усложняет изготовление двигателя; газовые камеры, выполненные по две на внешних сферических поверхностях каждого поршня уменьшают трение между поршнями и цилиндрами недостаточно эффективно из-за их малой площади.

Задачей изобретения является упрощение конструкции двигателя и повышение эффективности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем разъемный корпус с двумя пересекающимися кольцевыми цилиндрами, в каждом из которых размещены два поршня, выходной вал, расположенный в полости корпуса и имеющий центральную сферическую часть, на которой выполнены пазы под углом друг к другу и к оси вала, причем поршни соединены с выходным валом через узлы, каждый из которых включает секторную часть, расположенную с возможностью перемещения в соответствующем пазу на сферической части выходного вала, и пальца, размещенного в отверстии поршня, в соответствии с изобретением цилиндры и поршни имеют криволинейные боковые поверхности, а корпус выполнен из трех составных частей, таким образом, что угол пересечения кольцевых цилиндров составляет 60 ± 2^o.

Корпус, выполненный из трех частей, стыкующихся по двум параллельным между собой поверхностям, обладает необходимой прочностью. Угол пересечения осей кольцевых цилиндров, составляющий 60 ± 2^o, является оптимальным для данного двигателя. При таком угле уменьшается период схождения и расхождения поршней, в результате чего снижается вероятность перепуска сжимаемой рабочей смеси и газов из одной рабочей полости в другую.

Выполнение кольцевых цилиндров и поршней с криволинейными боковыми поверхностями (в поперечном сечении цилиндры и поршни при этом имеют вид усеченных овалов) позволяет исключить возможность ударов поршней друг об друга и повысить их устойчивость при движении в цилиндрах.

На боковых поверхностях поршней целесообразно выполнять пазы образующие на концевых частях поршней разжимные компенсаторы, выполняющие функцию уплотнений. Эффективности работы таких уплотнений способствует указанный выше профиль поперечного сечения цилиндров и поршней.

Отсутствие направляющих выступов позволяет выполнять на внешней поверхности каждого поршня одну газовую камеру с увеличенной площадью, расположенную симметрично относительно продольной оси поршня и представляющую собой углубление, форма которого аналогична форме внешней поверхности. Это дает возможность уменьшить трение между поршнями и цилиндрами.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез корпуса двигателя.

На фиг. 2 - кинематическая схема, на которой показаны поршни, выходной вал и узлы для передачи вращения от поршней к валу.

На фиг. 3 - условное изображение двигателя, поясняющее принцип его работы.

На фиг. 4 - поршень двигателя, выполненный в соответствии с настоящим изобретением.

Двигатель содержит разъемный корпус 1 (фиг. 1), состоящий из трех частей 2, 3, 4, соединенных между собой болтами и контактирующих по двум параллельным соединительным поверхностям 5. В корпусе 1 выполнены два пересекающихся между собой в двух местах кольцевых цилиндра 6,7, каждый из которых имеет в поперечном сечении форму усеченного эллипса. Если провести плоскость через точки пересечения осей кольцевых цилиндров 6, 7 и продольную ось выходного вала, то с одной стороны плоскости будут размещены холодные полости B, D, E (фиг. З), где происходят попеременно такты впуска и сжатия, а с другой стороны плоскости - горячие полости C,F,A, где происходят попеременно такты рабочий ход и выпуск отработанных газов.

Внутри корпуса 1 двигателя выполнена полость 8 под выходной вал 9 (фиг. 2), имеющий центральную сферическую поверхность 10 и два диаметрально противоположных опорных участка 11 и 12.

На боковых стенках цилиндров 6,7 (фиг.З) расположены окна впуска и выпуска 13, 14, а в центральной сферической части вала выполнены перепускные каналы 15 (фиг. 2), образующие вместе с углублениями 16 в секторных частях шарниров и полостями G наклонных пазов камеры сгорания. На сферических поверхностях цилиндров выполнены газовые канавки 17, 18 (фиг. 1). Угол 19 между меньшими поверхностями 20 и 21 боковых сторон цилиндров выполнен увеличенным за счет увеличения угла между осями цилиндров до 60^o.

В кольцевых пересекающихся цилиндрах размещены четыре дугообразных поршня 22-25 (фиг. 2) с профилем поперечного сечения, соответствующим профилю поперечного сечения кольцевых цилиндров. Дугообразные поршни имеют боковые 26, торцевые 27, и внешние сферические 28 поверхности. С внутренней стороны в поршнях выполнены глухие цилиндрические отверстия 29 под пальцы 30 узлов 31 для передачи вращения от поршней к выходному "валу. Цилиндрические пальцы 30 соединены с секторными частями 32.

На сферической поверхности 10 выходного вала выполнены четыре наклонных паза 33 под углом к продольной оси выходного вала и друг к другу. В пазах размещены секторные части 32 узлов 31. Каждый из пазов 33 разделен секторной частью на две полости, одна из которых (G) является частью объема камеры сгорания. Поршни 22-25 имеют криволинейные выпуклые боковые поверхности 26 (фиг. 4). При схождении поршней это позволяет избежать возможных ударов острого угла 34 одного поршня в тупой угол 35 другого поршня. На концевых частях поршней выполнены узкие проточки (пазы) 36, 37, образующие разжимные компенсаторы. Пазы заканчиваются сквозными отверстиями 38, 39, предотвращающими распространение трещин в теле поршня. В момент начала постепенного схождения торцевых поверхностей поршней и в момент конца их постепенного расхождения происходит удерживание разжимных компенсаторов боковой поверхностью кольцевого цилиндра и торцевой поверхностью дугообразного поршня. Это предохраняет поршень от разрушения по пазам 36, 37 во время тактов сжатия и рабочего хода.

На внешних сферических поверхностях 28 поршней выполнены углубления (газовые камеры) 40, газы в которые поступают по двум газовым канавкам 17, 18.

Двигатель работает следующим образом.

При взаимодействии четырех вращающихся поршней внутри цилиндров 6, 7 образуется шесть полостей A, B, C, D, E, F, изменяющихся по своему объему. В каждой из полостей происходит какой-либо такт работы двигателя: впуск, сжатие, рабочий ход или выпуск отработанных газов. В результате этого за один оборот выходного вала совершается четыре четырехтактных цикла, перекрывающих друг друга со сдвигом по фазе.

При вращении поршней секторные части 32 узлов 31 совершают в наклонных пазах 33 выходного вала возвратно-поступательное движение. В полостях G пазов 33 происходят попеременно впуск и сжатие рабочей смеси. Впуск рабочей смеси происходит под действием поршней и секторных частей 32 узлов 31 через впускное окно 13.

Такт сжатия начинается в рабочей полости B после перекрытия поршнем впускного окна 13, а рабочий ход - в полости C, после воспламенения рабочей смеси. Расширяющиеся газы воздействуют на торцевую поверхность одного из дугообразных поршней, который с помощью узла 31 поворачивает выходной вал. Газы, находящиеся в объеме полости G, полностью вытесняются торцом секторной части 32 соответствующего узла 31 в камеру сгорания. Это позволяет повысить индикаторное давление. Такты рабочего хода происходят каждые 90 поворота выходного вала и перекрывают друг друга по фазе. Таким образом, двигатель работает равномерно, без провалов в крутящем моменте на выходном валу. Выпуск отработанных газов происходит из полости A под действием одного из поршней через выпускное окно 14.

Конструкция двигателя является технологичной. Все узлы могут быть изготовлены в условиях массового производства. Двигатель может быть выполнен как с внешним, так и с внутренним смесеобразованием.

Формула изобретения

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий разъемный корпус с двумя пересекающимися кольцевыми цилиндрами, в каждом из которых размещены два поршня, выходной вал, расположенный в полости корпуса и имеющий центральную сферическую часть, на которой выполнены пазы под углом друг к другу и к оси вала, причем поршни соединены с выходным валом через узлы, каждый из которых включает секторную часть, расположенную с возможностью перемещения в соответствующем пазу на сферической части выходного вала, и пальца, размещенного в отверстии поршня, отличающийся тем, что цилиндры и поршни имеют криволинейные боковые поверхности, а корпус выполнен из трех составных частей, таким образом, что угол пересечения кольцевых цилиндров составляет 60±2^o.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на боковых поверхностях поршней выполнены пазы.

3. Двигатель по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что на внешней поверхности каждого поршня выполнена газовая камера, расположенная симметрично относительно продольной оси поршня и представляющая собой углубление, форма которого аналогична форме внешней поверхности поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4